孔洞排布對PMMA 多孔材料沖擊響應行為的影響

羅國強，費細歡，喻 寅，張睿智，張成成，沈 強

（1. 武漢理工大學材料復合新技術國家重點實驗室，湖北 武漢 430070；2. 中國工程物理研究院流體物理研究所沖擊波物理與爆轟物理重點實驗室，四川 綿陽 621999）

多孔材料具有比強度高、比剛度高、質量輕、吸收載荷能力強等優點，廣泛應用于緩沖減震、沖擊防護、加載路徑調控等領域[1-3]。在這些應用場景中，多孔材料受到沖擊加載作用，孔洞的破碎機制和壓縮模式與準靜態加載下不同，且孔隙內部氣相吸附出現滯后等現象[4-5]，導致材料整體系統發生復雜的體積收縮變化，處于非平衡狀態。這一過程的沖擊響應行為相關實驗、模擬和結果分析均具有較強的挑戰性[6]。探究多孔材料在沖擊加載中的響應特征，不僅可以完善多孔材料在沖擊領域的應用理論體系，還可以為多孔材料在沖擊載荷環境下的實際應用提供重要的指導。

關于孔洞微觀結構對多孔材料動態沖擊響應影響的研究有很多。在實驗方面，Setchell[7]通過動態沖擊實驗發現，隨機排列的微孔洞使脆性材料中的沖擊波剖面展現出相比密實材料體積應變顯著增強的“變形波”；Branch 等[8-9]利用增材制造方法，研究了不同結構的多孔泡沫材料在動態壓縮下的力學響應特征，結果表明體心立方和面心立方等周期性排列的多孔泡沫材料可以調節彈塑性壓縮響應和應力集中行為。在數值模擬方面，Liu 等[10]采用顯式動態有限元方法進行模擬，發現在動態加載過程中蜂窩結構從整齊排列到交錯排列的變化會導致蜂窩平面更均勻的變形和穩定的平臺應力；……