范志强，何天明，刘迎彬，索 涛，徐 鹏

（1. 中北大学理学院，山西 太原 030051；2.西北工业大学航空学院，陕西 西安 710072；3.中北大学环境与安全工程学院，山西 太原 030051）

脆性空心颗粒（brittle hollow particles,BHPs）不仅能够作为填充相使复合材料轻质化，而且能作为承载相在破碎过程中耗散爆炸冲击能量，同时释放压缩空间，是物理和力学性能优异的一类工程材料。传统BHPs主要作为造孔剂填充于树脂或金属基体以制备轻质复合泡沫[1-2]，但对其颗粒堆积体力学特性的认识则相对较少。研究表明，脆性空心颗粒作为人防工程分配层时兼具显著的削波耗能和抗二次爆炸效能，可提高人防工程的抗爆能力[3-4]。另外，BHPs还可以作为航空结构低能量冲击防护组件的芯层，实验表明，由Kevlar 和BHPs组成的防护层在承受冲击载荷时，结构的主要损伤由复材层转移至BHPs芯层，有助于减小航空复材结构的维护成本[5]。

长期以来，人们对实体颗粒材料在静动态压缩载荷下的力学响应进行了深入研究，结果表明初始孔隙率、粒径、形状、级配、含水量和应变率等因素均对砂、土等颗粒材料的应力应变响应有复杂的影响规律[6]。其中，应变率效应是脆性颗粒材料最显著的动态特性，但其影响因素较多，目前尚无统一机理。基于单脉冲SHPB实验，Huang 等[7-8]从颗粒破碎这个细观角度研究了干燥砂的应变率效应，发现颗粒材料宏观率效应的本质是颗粒破碎特性对冲击速率的依赖性，实验表明相同应力水平下干燥砂准静态加载时颗粒破碎量和破碎程度明显高于动态加载，颗粒破碎所需能量减少，动静态加载下颗粒破碎能量利用率的不同导致了宏观上的应变率效应。……