尹冠生姚兆楠

（1.长安大学理学院，西安 710054）（2.葛洲坝勘测设计研究院有限公司，武汉 430000）

梯度负泊松比蜂窝材料的冲击动力学性能分析*

尹冠生1姚兆楠2†

（1.长安大学理学院，西安 710054）（2.葛洲坝勘测设计研究院有限公司，武汉 430000）

借助非线性有限元程序LS-DYNA，基于功能梯度材料的概念，改变蜂窝胞壁厚度，建立了具有密度梯度的内凹六边形负泊松比蜂窝材料模型.分析对比了均匀负泊松比蜂窝材料和梯度负泊松比蜂窝材料在不同面内冲击速度下的变形模式、动态响应和能量吸收特性.研究表明，梯度负泊松比蜂窝材料的动态响应和能量吸收能力受梯度、胞元内凹角度和冲击速度的影响.如果能适当选取各项参数，就可使材料在降低初始应力峰值的同时保持良好的能量吸收能力.因此，具有密度梯度的负泊松比蜂窝材料在结构防护方面具有良好的应用前景.

密度梯度，负泊松比蜂窝材料，功能梯度材料，动态冲击，力学性能

引言

由于质量轻、抗冲击和能量吸收性能良好，蜂窝（honeycombs）和泡沫（foams）等多孔材料被广泛应用在国防、化工、能源、微电子、交通、生物医学、航空航天［1］等各个领域中.随着对负泊松比材料研究的深入，具有负泊松比效应的蜂窝材料也相应出现.负泊松比（auxetic）材料［2］在受到单轴拉伸时会发生侧向膨胀，这种独特的“拉胀”行为使它表现出更强的力学和物理特性，包括剪切模量、断裂韧性、热冲击强度、压痕阻力等.1982年，Ashby［3］首先提出，由细胞结构组成的材……