1.6 本书的主要内容

本书以国家自然科学基金青年项目为背景，为了提高舰船抗冲击性能，拟设计新型的蜂窝舷侧防护结构，一方面有效降低传递到船舱内部的应力水平，另一方面，通过其耗能尽可能多地吸收冲击能量。考虑到蜂窝结构面内与面外压缩吸能各有利弊，其面内方向压缩吸能虽有可能降低传入到被保护结构的应力水平，但是其吸能量却不及其面外方向压缩吸能。作为前期理论研究，本书主要围绕控制进入被保护结构应力值及提高蜂窝材料的能量吸收能力展开，在理论分析、试验研究和数值仿真的基础上，对铝蜂窝舷侧防护结构受面内及面外冲击载荷作用下的力学性能进行了研究，并对受面外冲击载荷作用下的蜂窝结构进行了耐撞性优化设计。本书的具体研究内容如下：

（1）第2章研究了具有屈服强度梯度特性的蜂窝材料面内冲击性能。首先，基于功能梯度材料的概念，建立了具有递变屈服强度梯度的圆形蜂窝材料模型，讨论了冲击速度和递变屈服强度梯度值对圆形蜂窝材料变形模式的影响，给出了变形模式转变临界速度的经验公式。其次，对梯度特性蜂窝结构与规则蜂窝结构冲击端及固定端动态应力进行比较，讨论梯度特性对蜂窝结构力学性能的影响。然后，讨论了递变屈服强度梯度对能量吸收性能的影响。最后，考虑到屈服强度梯度的排布方式，建立了具有分层屈服强度梯度的圆形蜂窝模型，具体讨论了冲击速度和分层屈服强度梯度排布方式对圆形蜂窝结构面内冲击性能的影响。

（2）第3章研究了含固体填充孔缺陷的蜂窝材料面内冲击性能。首先，对含随机固体填充孔圆形蜂窝结构面内冲击下的动态变形过程进行有限元模拟，获得了圆形蜂窝结构在不同冲击速度下的变形模式。然后，通过计算不同冲击速度下含随机固体填充孔圆形蜂窝的冲击端平台应力，研究了其平台应力的速度效应。最后，讨论了随机缺陷对能量吸收性能的影响。与此同时，基于理想蜂窝材料在不同冲击速度下的变形特性，分别讨论了填充孔缺陷集中分布区域的不均匀性对圆形、正六边形蜂窝材料面内冲击下变形模式、动态冲击平台应力及能量吸收性能的影响。

（3）第4章研究了正六边形蜂窝夹层板面外压缩力学特性。首先，进行了正六边形蜂窝结构的准静态压缩试验，并采用有限元技术对面外载荷作用下纯蜂窝结构的变形过程进行了模拟，通过准静态压缩试验结果及已有理论公式验证了模型的可靠性。其次，借助有限元模拟技术对比分析了纯蜂窝结构和蜂窝夹层板结构的耐撞性能，研究发现，由于面板与蜂窝夹芯层之间的耦合作用，蜂窝夹层板总体吸收能量明显大于纯蜂窝结构，所以蜂窝夹层板具有较好的吸能特性。最后，运用无重复饱和析因设计方法筛选出对蜂窝夹层板面外压缩的耐撞性能指标影响较大的几何参数。

（4）第5章对加筋正六边形蜂窝夹层板进行了面外冲击性能研究与耐撞性优化设计。首先，对单筋加强、双筋加强及标准正六边形蜂窝夹层板的吸能特性进行了直观比较，发现对标准正六边形蜂窝夹层板的加筋处理能提高其吸能能力，且筋板壁厚是影响加筋蜂窝夹层板力学特性的一个关键因素，其与基础蜂窝芯层存在着筋胞壁厚匹配效应的问题，并且具有明显的加筋板厚“分离点”。其次，通过等效表观密度的处理方法获得了单筋及双筋加强正六边形蜂窝夹层板的“分离点”。再次，基于筋胞壁厚匹配效应的研究，采用响应面近似模型及单目标粒子群算法对两种蜂窝夹层板进行了单目标优化设计。最后，研究了部分参数对双筋加强正六边形蜂窝力学性能的影响，并采用响应面近似模型及多目标粒子群算法对双筋加强及标准正六边形蜂窝进行了多目标优化设计。

（5）第6章对3种新型蜂窝即双筋加强正六边形蜂窝、四边手性胞元蜂窝和弯曲胞元蜂窝受面外冲击载荷作用下的能量吸收性能进行了研究。首先，采用显示有限元技术对3种新型蜂窝结构在面外冲击载荷作用下的变形过程进行了数值模拟，观察了其变形机理。其次，以蜂窝结构的典型胞元为研究对象，运用简化超折叠单元理论推导了其平均压缩应力理论计算公式。再次，通过与数值仿真结果的对比，验证了所得公式的正确性。最后，为了得到最优的蜂窝结构，采用响应面近似模型及多目标粒子群算法对3种新型蜂窝进行了耐撞性优化设计。