高共面/异面抗冲击承载能力的新型蜂窝设计及吸能评估*

廖 就，李志刚，梁方正，王佳铭，刘婉婷，李 萌，冯建文

（1.北京交通大学机械与电子控制工程学院，北京 100044；2.中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室，北京100094；3.中国民用航空适航审定中心，北京100102）

蜂窝结构由于其密度低、压缩变形能力强且变形可控等优点，被广泛应用于碰撞缓冲吸能领域。但蜂窝是一种各向异性结构，研究表明，常规铝蜂窝通常只在异面方向具有很好的承载能力，在共面方向承载很弱，异面承载性能远高于共面[1]。但在作为缓冲结构的实际应用过程中，承受的冲击载荷方向往往具有一定的不确定性，例如汽车的不同角度碰撞、直升机方向不确定的坠毁、城市安全岛防护等场景。在这些实际应用环境下，蜂窝除了要提供必要的异面承载能力之外，共面方向也要具备一定的强度，因此传统蜂窝共面异面承载能力差距大的问题就限制了蜂窝的实际应用。跟与蜂窝替代使用的泡沫结构相比，泡沫结构（如泡沫铝）虽具有近似各向同性的特征，能够多向承载，但是相比于蜂窝结构，泡沫铝是逐渐压实的过程，承载力曲线是逐渐上升，不能保持稳定的平台段；另外泡沫铝的有效压缩比与蜂窝相比更小，比吸能也相对要小。因此，本文的目标是设计高共面/异面抗冲击能力的新型蜂窝构型并对其吸能效果进行评估，提高共面/异面的蜂窝承载吸能比例。

目前在对蜂窝结构的研究中，主要集中在共面或异面某一个特定压缩方向下的分析。……