论文摘要
包装或保护结构的能量吸收行为对人和仪器受到冲击后的安全性起着关键的作用。在汽车、航空航天、核电站、精密仪器等领域中，对冲击吸能的研究具有重要的意义。多胞材料具有吸能效果好、变形模式稳定、相对密度小和成本低廉等优点，广泛用于吸能结构。论文结合实验检测、数值模拟和理论分析，对两种常见的多胞材料（蜂窝铝和泡沫铝）进行了研究。主要内容如下：建立了摆锤冲击测量实验系统，包括摆锤低速冲击、三维形貌测量和摆锤运动学测量三个单元。通过摆锤冲击实验研究了蜂窝铝的动态压缩性能及低速冲击吸能特性，并结合准静态平压实验，得到了蜂窝铝一维准静态的压缩性能。结果表明，在球形摆锤冲击下蜂窝铝结构具有很好的冲击吸能特性，其变形特征与准静态变形类似。研究中通过高速摄像系统和加速度传感器记录摆锤的加速度衰减过程，通过投影光载波技术获得受冲击蜂窝铝板表面的压缩行为和三维变形形貌。利用有限元方法进一步分析了蜂窝铝结构中内部损伤形式等实验中无法观测的现象，并且对冲击中不同时刻能量的成分及百分比，以及不同结构参数对吸能的影响进行了详细的分析。结果表明，变形体积和吸收的能量有近似线性的关系，塑形耗散能占吸收能量的绝大部分，蒙皮起到的连带效应可以增加结构的吸能能力。另外，获得的吸收能量和变形体积关系的结论也可以用于事故还原等实际应用。最后为提高吸能能力提出了参考建议。通过相同的实验系统论文还对闭孔泡沫铝进行了动态压缩性能及低速冲击吸能特性的研究。结果表明闭孔泡沫铝具有良好的冲击吸能特性。与蜂窝铝不同的是泡沫铝具有各向同性的特性，而且轴向有多个胞元排列，因而对不同层数的泡沫铝板进行冲击实验，并进行了变形体积和吸能关系的研究。用数值模拟方法进一步分析不同结构参数和不同性能泡沫铝板在冲击加载中不同放置方式对吸能性能的影响。结果表明，前硬后软的放置方式更利于提高加速度曲线上升速度并能减小加速度峰值，这一结论为提高吸能能力提出了参考性思路。