1、多胞材料是一種內部含有大量空隙并由一定的胞結構組成的具有明顯多尺度特征的材料，具有高比剛度和高比強度，作為輕質結構被廣泛應用于沖擊防護和吸能領域。多胞材料在動態(tài)沖擊情形下呈現(xiàn)出應力增強和變形局部化的典型特征，基于連續(xù)體定義的宏觀名義應力-應變曲線失去物理意義，不能描述多胞材料在動態(tài)沖擊情形下的本構行為。由于沖擊端的應力增強，傳統(tǒng)的基于端面的名義應力不能反映材料中所處的真實應力狀態(tài)。在高速的情形下，變形集中于撞擊端并像沖擊波一樣傳播。為了

2、描述這一特征，已有文獻中已經提出了一系列的沖擊波模型，例如經典的R-PP-L（率無關、剛性-理想塑性-鎖定）模型和R-PH(率無關、剛性-塑性硬化)模型。但這些模型都是在準靜態(tài)的應力-應變曲線上近似得到的，因此很有必要對動態(tài)沖擊下的多胞材料的應力-應變的關系進行研究。為了獲得多胞材料在動態(tài)壓潰下的局部的應力信息，本文發(fā)展了一種拉格朗日截面上工程應力的計算方法。利用該方法研究了多胞材料中的應力分布信息，結合局部應變場計算方法研究了多胞材料

3、的動態(tài)應力-應變行為。
　　本文基于細觀有限元模型提出了截面工程應力的計算方法，得到了多胞材料中的局部應力信息。截面工程應力定義在拉格朗日截面位置上，由兩部分應力組成，即節(jié)點傳遞應力和接觸引發(fā)應力。由節(jié)點傳遞的應力是通過基體材料單元所傳遞的節(jié)點力所引起的，而由接觸引發(fā)的應力是由胞壁間的接觸所引起的。在沖擊初始階段，接觸引發(fā)應力幾乎為零，節(jié)點傳遞應力與截面工程應力相等。在發(fā)生接觸之后，節(jié)點傳遞應力變化不大，接觸引發(fā)應力急劇增加幾乎等

4、于截面應力。接觸引發(fā)應力對應力增強起決定作用。
　　通過截面應力計算方法研究了均勻蜂窩在恒速壓縮下的應力歷史和應力分布。結合應力變化歷史和局部應變歷史得到了不同沖擊速度下的應力-應變歷史曲線。在低速壓縮下，應力-應變關系與準靜態(tài)應力-應變曲線幾乎重合。但是在中速和高速壓縮下，應力和應變從波前初始壓潰狀態(tài)經歷塑性壓潰階段變化到波后動態(tài)壓實狀態(tài)。應力-應變的歷史曲線包含Rayleigh線的發(fā)展過程，隨著沖擊速度的提高，Rayleigh

5、線的斜率變大，即沖擊波速度變大。沖擊波波后的應力-應變狀態(tài)點全部位于準靜態(tài)應力應變曲線的右側，即同等應力下，動態(tài)壓實應變大于準靜態(tài)壓實應變。由應力分布證實了塑性沖擊波在試件中的傳播，得到了沖擊波速度與沖擊速度的關系并與沖擊波模型做了比較?；跊_擊波速度與沖擊速度的關系以及一維沖擊波理論，提出了一種分段模型，基于分段模型推導得到了均勻蜂窩在動態(tài)情形下的率無關本構模型。
　　梯度的引入使得多胞材料呈現(xiàn)不同的力學性能，研究了梯度蜂窩在恒

6、速壓縮情形下的應力分布情形。直接通過應力分布觀察到梯度蜂窩中存在單波和雙波傳播模式?；赗-PP-L和R-PH假設推導了梯度蜂窩沖擊波傳播的單波和雙波理論模型并由截面應力方法進行驗證。R-PP-L模型不適合表征多胞材料在動態(tài)壓潰下的力學行為。R-PH模型得到的應力分布和沖擊波速度與有限元結果相近。
　　關于多胞材料在動態(tài)加載下的初始壓潰應力在已有的文獻中存在看似矛盾的認識。通過局部應力和應變信息對多胞材料在動態(tài)加載下的初始壓潰行為

7、進行了全面的分析。采用了截面應力計算方法和局部應變場計算方法來決定基于細觀有限元模型的均勻蜂窩在不同加載情形下的初始壓潰應力和初始壓潰狀態(tài)的應變率。在恒速壓縮下，初始壓潰應力與準靜態(tài)初始壓潰應力相等但是小于直接撞擊情形下的初始壓潰應力。也就是說，初始壓潰應力在不同的沖擊情形下是不同的，即使基體材料是沒有應變率效應的。當局部應變率大于一個臨界應變率時，發(fā)展了初始壓潰應力與應變率之間的冪次關系來描述蜂窩中初始壓潰應力的應變率效應。小于臨界應