王海任，李世强，刘志芳，雷建银，李志强，王志华

（太原理工大学机械与运载工程学院应用力学研究所， 山西 太原 030024）

仿生结构代表了自然界千万年选择后的最优设计方案，如骨骼、贝壳、树干、竹子、珊瑚、蜂窝等仿生结构[1-2]，包含各种梯度结构、分层结构、层状结构、螺旋结构、多孔结构以及自组装结构等。其中多孔结构拥有优异的吸能特性，因而被越来越多的研究者所关注[3-5]，常被作为吸能缓冲芯层应用于夹芯复合结构中。近年来，具有仿生多孔芯层的夹芯复合结构，因为有更好的比强度和较高的比刚度，被广泛应用于现代航空航天、汽车工业、军民安全防护等领域。随着防护等级的提升以及减重要求的提高，对原有的仿生夹芯复合结构提出了更高的要求，即更好的防护性能与更轻的重量。夹芯结构梯度设计成为实现这一要求的新途径，研究表明，分层梯度对提高夹芯结构强度、减轻结构重量更加有效[6]。

芯层的梯度可以通过改变胞元的壁厚[7]、改变胞元的大小[8-9]、改变胞元的组成材料[10-11]等方式获得。2-D 多胞结构（如蜂窝结构）具有面外梯度和面内梯度两个密度梯度方向。梯度夹芯结构的力学性能逐渐成为当前研究的热点。研究内容主要包括面外梯度夹芯板（芯层的密度梯度方向与载荷加载方向一致）与面内梯度夹芯板（芯层的密度梯度方向与载荷加载方向垂直）的力学性能。Yang 等[12]基于非线性塑性波理论，提出了梯度多孔材料的最佳设计策略。……