梯度点阵夹芯结构的冲击失效机制及性能表征

Light lattice sandwich structures are being widely used in various engineering areas, such as astronautics, aeronautics, civil engineering, architectures etc, in virtue of its preferable mechanical performance and multifunctional properties. The proposal will study the dynamic response of sandwich structures with functionally graded lattice cores under impulsive loading. The microstructure deformation of the lattice core is taken into account in the compression of the lattice core to develop the analytical model, efficient numerical method and measurement technique. A dynamic elastoplastic constitutive model of sandwich structures with functionally graded lattice cores under impulsive loading will be proposed and the microscopic failure mechanisms and macroscopic energy absorbing mechanism will be presented. Meanwhile, in this project we will develop the mechanical properties characterization method of sandwich structures with functionally graded lattice cores under impulsive loading. A systematic performance evaluation system of structures under impulsive loading will be established, which will effectively enhance the research level of sandwich structures with functionally graded lattice cores in domestic.

轻质点阵夹芯结构优异的力学性能和多功能特性，使其在航天航空、航海、陆上交通和建筑工程等众多工业领域得到广泛应用。该申请项目拟针对梯度点阵夹芯抗冲击结构，考虑芯体压缩时的细观变形影响，对其在冲击载荷下的动力学响应特性进行研究分析，发展高效的计算方法和实验测量手段,研究新型结构的各种细观失效机制,建立新型结构基于细观机制的动态弹塑性本构模型，从而对结构的宏观吸能进行理论预测，同时，本项目将发展梯度点阵夹芯结构在冲击载荷下力学性能的实验表征方法，系统地建立结构在冲击载荷下的性能评价体系，将有效地推动国内梯度点阵夹芯结构研究水平的提高。

轻质点阵夹芯结构优异的力学性能和多功能特性，使其在航天航空、航海、陆上交通和建筑工程等众多工业领域得到广泛应用。在冲击载荷作用下，多孔材料的动力响应往往伴随着一个很大的初始应力峰值，这对多孔材料的能量吸收是不利的，在使用均匀点阵材料时，很难实现多目标优化。在项目资助下，课题组基于梯度材料的概念，提出了梯度点阵夹芯结构的设计概念，对梯度点阵夹芯结构的抗爆炸冲击和弹道冲击等动力学响应进行了深入研究，，考虑芯子的细观结构，分阶段对冲击过程进行了分析和数值模拟，研究了拓扑构型、梯度形式和几何参数对梯度点阵夹芯结构的吸能机制的影响，进一步研究了梯度点阵夹芯板和圆柱壳结构的动态压溃性能，发展了高效数值算法，揭示了正密度梯度和负密度梯度对其吸能特性的影响机制。通过实验和数值模拟的方法对点阵材料的应变率效应进行了研究，得到了点阵材料的动态变形机理和失效模式，项目成果对梯度点阵夹芯结构的抗冲击性能提供了指导性建议，为下一步点阵材料在航空航天轻量化结构中的应用奠定了基础。在项目资助下，课题组在Composites Science and Technology等期刊发表SCI论文2篇，约稿英文论文1篇，书章节1篇，申请发明专利2项，授权实用新型专利1项，获得首届国际航空科学青年学者学术会议611 Prize for Best Paper，重庆市科协首届“自然科学优秀论文”等。