薄壁结构以其轻质、能量吸收效率高、成本低等特性作为吸能防护结构广泛应用于交通运输、航空、航天等工程领域。然而,单个薄壁结构吸能性较低、多个薄壁结构组装的嵌套系统拆装困难、无法实现多向自锁等问题有待解决。因此,研究能够实现可拼装、可扩展、多向自锁的新型吸能防护结构十分必要。本文提出了一种新型双向自锁薄壁管状结构,从结构构型设计、制备工艺与力学性能表征等方面开展相关研究。主要包括以下三个方面:首先,基于可拼装、可扩展的设计思想,提出了双向自锁薄壁管状结构的设计方法。基于3D打印技术制备了PLA双向自锁薄壁管状结构,通过斜向集中压缩实验验证了系统的双向自锁性。通过静态侧向压缩实验对比研究了双向自锁薄壁管状结构和系统、哑铃型薄壁管状结构和系统、矩形截面薄壁管状结构和系统的承载力、吸能性和变形模式。结果表明,双向自锁薄壁管状结构和系统具有更高的承载力与吸能性。建立了双向自锁薄壁管状结构静态侧向压缩的有限元模型并进行了参数化研究,有限元结果与实验结果吻合较好。其次,基于超折叠理论,建立了静态侧向压缩下双向自锁薄壁管状结构平均压缩力的理论预测公式,理论预测结果与实验结果吻合较好。通过超折叠单元理论分析揭示了双向自锁薄壁管状结构的变形吸能机理,进一步以提高结构吸能性为目的对其进行结构构型设计。结果表明,经过构型设计的新型双向自锁薄壁管状结构的比吸能和平均压缩力分别最大提高了55.6%和68.3%。建立了双向自锁系统的有限元模型并开展了系统静态斜向集中压缩数值模拟研究,数值模拟结果与实验结果吻合较好。结果表明,经过构型设计的双向自锁系统的比吸能和最大压缩力分别最大提高了100.0%和86.8%。最后,发展了碳纤维增强环氧树脂基复合材料双向自锁薄壁管状结构的热压制备工艺方法。通过静态侧向压缩实验研究了复合材料双向自锁薄壁管状结构和系统的承载力、吸能性和变形模式。建立了考虑3D-Hashin失效和损伤演化的ABAQUS/Explicit三维复合材料双向自锁薄壁管状结构静态侧向压缩的有限元模型,研究了铺层角度对其承载力、吸能性和变形模式的影响。进一步通过PMI硬质泡沫填充和局部刚度减弱,实现了复合材料双向自锁薄壁管状结构压溃率效率提高139.9%（从33.3%到79.9%）和比吸能提高27.5%（从4.0 J/g到5.1 J/g）,同时初始峰值力下降36.4%。