梯度多胞材料的动态力学性能分析与设计研究综述

作     者：常白雪 张元瑞 王少华 彭克锋 虞吉林 郑志军 CHANG Baixue;ZHANG Yuanrui;WANG Shaohua;PENG Kefeng;YU Jilin;ZHENG Zhijun

作者机构：中国科学技术大学近代力学系中国科学院材料力学行为和设计重点实验室安徽合肥230026 

出 版 物：《爆炸与冲击》 (Explosion and Shock Waves)

年 卷 期：2024年第44卷第8期

页      面：3-31页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080102[工学-固体力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(12102429,12272375,11872360) 中央高校基本科研业务费专项资金(WK2090000066) 

主　　题：梯度多胞材料 动态力学性能 耐撞性设计 抗爆炸设计 载荷模拟设计 

摘      要：多胞材料是一种内部含有大量空穴和胞元的结构,具有轻质、高比吸能等特性,广泛应用于航空航天、交通运输和人体防护等碰撞/爆炸防护领域。引入梯度设计可实现多胞材料的有序耗能和载荷调控,满足不同情形和工况下的防护需求。对梯度多胞材料动态力学行为和设计的研究进展进行了综述,着重介绍了梯度多胞材料/结构在抗冲击、抗爆炸和模拟爆炸载荷加载3个方面的应用案例。首先,介绍了梯度多胞材料的分类,较系统地总结了梯度多胞材料在动态加载下的变形特征、冲击波模型、防护性能等方面的研究,阐明了梯度多胞材料的密度/强度梯度与惯性效应存在的竞争机制。其次,以冲击波模型为力学原理指导梯度多胞材料/结构设计,介绍了梯度多胞材料耐撞性反向设计、多种抗爆炸夹芯结构设计、计及弹靶耦合效应的爆炸载荷模拟器设计等策略,实现了最佳防护效果或载荷精准控制,为抗冲击/抗爆炸防护设计和快速评估提供理论基础和技术支撑。最后,展望了梯度多胞材料在极端环境加载、大能量冲击和强非线性载荷调控等需求下冲击防护领域的应用前景。