泡沫材料和蜂窝均为多孔轻质材料，在各工程领域都有广泛应用。在相同密度情况下，泡沫材料比蜂窝芯质缓冲吸能效果好，但承载能力较差。蜂窝芯质的比强度高、比模量高，比泡沫材料的承载能力强，但缓冲吸能效果较差^[1]。而泡沫材料和蜂窝材料的结合可扬长避短，大大提高材料的动态力学性能^[2-4]。将泡沫填充入蜂窝制成泡沫填充蜂窝材料(FFH)，可发挥各自优势，获得更高的承载能力和更好的缓冲吸能效果。FFH在轮船^[5]、飞机^[6]和高铁^[7]上均有应用，其作为缓冲防护结构不仅具有更好的承载能力和缓冲吸能效果，且比单一材料体积更小，提升了可使用空间。

FFH性能优良，应用前景广阔，成为近年来国内外研究的热点。大量的实验研究发现，FFH克服了泡沫强度小和蜂窝易失稳的弊端^[8]，静态吸能量和吸能效率都明显增加^[9]，且蜂窝的结构参数变化对FFH的静态力学性能影响显著^[10]。冲击载荷下的实验研究发现，FFH的平均压溃强度提高^[11]，应变率对其平均压溃强度几乎没有影响^[12]。实验研究难以定量描述动态冲击载荷下的力学过程，可重复性差，成本高，而数值研究则无此类限制。

FFH的数值模拟多为静态或准静态研究。数值模型多为代表体积单元模型或全尺寸模型，这两种模型均为有限元模型。蜂窝芯质主要用壳单元模拟，泡沫主要用均匀化材料参数的实体单元模拟。代表体积单元模型为FFH中周期重复的结构，并施加周期边界条件。代表体积单元方法可得到材料的宏观力学常数^[13-15]，进而可进行宏观力学响应分析。Mahmoudabadi等^[16]考虑了蜂窝芯质孔壁与泡沫之间的相互作用，得到了填充蜂窝结构材料在准静态压缩情况下的压溃强度，结果发现，填充蜂窝结构的压溃强度比单独蜂窝和泡沫的压溃强度之和还要高出30%。全尺寸结构模型重构整个试件的泡沫和蜂窝材料，可直接进行宏观力学响应分析。Mozafari等^[7]发现在填充泡沫质量仅为整体质量2%的情况下，泡沫填充的蜂窝结构压溃强度大大提高，局部刚度提高达到45%，能量吸收提高了232%。于渤等^[17]和Han等^[18]还对泡沫填充的金属波纹板进行了研究，发现填充的波纹板在冲击载荷下撕裂和芯质压缩更小，后面板变形更大，比未填充的波纹板更具优势，且填充泡沫对波纹板的横向剪切性能增强效果明显。

有限元模型可以给出FFH的弹性常数，计算结果显示，FFH在静态加载下承载能力大大提高，动态冲击载荷下缓冲吸能效率大大增加。在静态加载下，变形和受力是缓慢且均匀连续传播的，将材料均匀化处理对其力学响应的影响不大。但动态冲击载荷下材料的变形模式更为复杂，材料的变形和受力呈局部化，细观不连续结构对局部力学响应影响凸显，且需要考虑材料的大变形和断裂、破碎等失效形式，已有文献中的有限元模型均少有考虑。因此，泡沫填充材料在动态冲击载荷下的缓冲吸能机制研究需要采用一种既能重现细观结构，又能描述动态冲击载荷下大变形和失效形式的数值方法。

本文重点是研究填充泡沫对蜂窝的增强效果，此效果反映到宏观尺度就是应力-应变曲线和吸能总量等，而反映到细观尺度就是泡沫变形吸能机制和蜂窝吸能变形机制。通过分析泡沫和蜂窝的变形机制来解释宏观尺度的力学行为变化。为了能反映泡沫和蜂窝的变形，需要重构泡沫和蜂窝的细观模型及描述其在动态加载过程中的大变形。首先，前处理方面，有限元方法不能有效处理泡沫和蜂窝结构的交接区域，尤其是泡沫和蜂窝连接区域。其次，在计算多孔材料大变形过程中，有限元将面临大量自接触、大变形、失效等复杂问题，目前有限元在解决这些问题方面还存在不足。

物质点法能描述材料的大变形和动态加载下的失效模式，且前处理可以方便重构各种复杂结构的计算模型。因此，物质点法适于研究FFH在动态冲击下的力学响应。FFH的细观结构全尺寸建模涉及蜂窝材料和泡沫材料的内部结构。物质点法对蜂窝材料内部结构的建模方便，其在冲击动态载荷下的大变形和失效模式也被准确描述^[19-20]。Liu等^[21]重构了泡沫铝的微结构，采用物质点模型进行了高速撞击研究，得到了与实验一致的结果。

本文采用物质点法建立了FFH的全尺寸细观模型，并与理论模型和实验结果对比验证。通过表征内部细观结构的变形和失效模式，研究了填充泡沫材料对FFH的动态力学性能和吸能效果的影响，分析了质量分数和加载速率对吸能效果的影响。

1.   方法和模型

1.1   物质点法

物质点法是一种稳定高效的无网格算法，能有效分析冲击变形问题^[22]。物质点法采用拉格朗日质点和欧拉背景网格的双重描述。拉格朗日质点携带历史变量，如质量、密度、速度、应力、应变等，欧拉背景网格用于求解动量方程和计算空间导数。在每一个物质点法求解步开始时，重构规则的背景网格，将质点上的物理量映射到背景网格上，相当于将质点固连在背景网格上，背景网格和质点一起变形。在欧拉背景网格节点上求解动量方程，并用节点的物理量增量来更新拉格朗日质点的物理量。求解步结束时，丢弃变形后的背景网格。采用拉格朗日质点克服欧拉方法不易跟踪历史变量和界面弥散的缺陷，采用欧拉网格克服拉格朗日方法中大变形导致的单元畸变。因此，物质点法兼具两种描述的优势，并克服它们的缺点。同时，物质点法易于建立复杂的计算模型，计算时间步长不会随变形改变，接触算法高效，适合求解大变形问题和描述材料的动态力学响应。

在物质点法模拟材料的动态力学行为时，采用Mie-Gruneisen状态方程和带损伤的Johnson-Cook强度模型来描述金属材料在高应变率下的材料行为^[23-24]。其中，状态方程用来更新压力，强度模型用来更新偏应力。损伤和失效模型用来描述金属大变形损伤和失效后的力学行为。本文涉及的材料包括AlSi10Mg、Al2024和Al5052，具体材料参数如表1所示。

表  1  材料参数^{[19-20, 25]}

Table  1.  Parameters of materials^{[19-20, 25]}

Material		AlSi10-Mg	Al2024	Al5052
Mie-Grüneisen equation of state	${c_0}$/(m·s−1)	5 330	5 330	5 330
	$s$	1.34	1.34	1.34
	${\gamma _0}$	2.0	2.0	2.0
Johnson- Cook strength model	$\rho$/(g·cm−3)	2.86	2.77	2.68
	$E$/GPa	6.9	73	73
	$\nu$	0.33	0.33	0.33
	$A$/MPa	250	265	265
	$B$/MPa	—	426	426
	$n$	—	0.34	0.34
	$C$	—	0.015	0.015
	$m$	—	1.0	1.0
	${T_{{\rm{melt}}}}$/K	—	775	775
	${T_{{\rm{room}}}}$/K	—	293	293
	${c_{\rm{v}}}$/(J·kg−1·K)	—	875	875
Failure model	${D_1}$	—	−0.77	0.13
	${D_2}$	—	1.45	0.13
	${D_3}$	—	−0.47	−0.15
	${D_4}$	—	0.0	0.011
	${D_5}$	—	1.6	0
Notes：${c_0}$—Sound speed; $s$—Material constant; ${\gamma _0}$—Mie-Grüneisen parameter; $\rho$—Material density; $E$—Young’s modulus; $\nu$—Poisson’s ratio; A, B, n, C, m—Material parameters determined by experiments; ${T_{{\rm{melt}}}}$—Melting temperature; ${T_{{\rm{room}}}}$—Room temperature; ${c_{\rm{v}}}$—Specific heat; ${D_1}$, ${D_2}$, ${D_3}$, ${D_4}$, ${D_5}$—Material constants.

下载: 导出CSV 

| 显示表格

1.2   泡沫铝细观物质点模型

泡沫铝的微观结构比较复杂，采用扫描图片重构泡沫铝的微结构，但扫描精度对模拟结构影响较大。Giorgi等^[25]提出了采用随机分布椭球壳体重构泡沫的方法，得到了与试验一致的平台应力段。本文基于该方法，将泡沫铝的细观结构用物质点法重现。建立泡沫铝的细观物质点模型的主要流程为：(1) 确定代表体元(或整体)区域范围；(2) 随机生成第1个薄壁椭球体，正交布点；(3) 随机生成第n(n=2,3,4,……)个薄壁椭球体，当与前n–1个椭球体相交时，相交的部分不生成；(4) 计算生成的泡沫密度，当已生成的泡沫密度满足指定密度要求，则停止生成椭球体；(5) 若整体区域范围较大，则对代表体元进行周期重复，生成整体泡沫铝模型；反之，直接生成整体泡沫模型。

依据以上流程，生成泡沫铝的细观结构模型如图1所示。不同的颜色代表随机生成的不同椭球壳体，泡沫铝的细观物质点模型通过这些随机生成的椭球壳体构建，该模型^[25]中泡沫铝结构参数胞元大小为10 mm×10 mm，壁厚为0.11 mm，胞元椭球壳体椭圆率为1~2，椭球长半轴为2~3 mm。物质点离散精度为0.05 mm，背景网格离散精度为0.1 mm。

图  1  泡沫铝代表体元细观模型

Figure  1.  Meso-structure model of aluminum foam representative volume element

下载: 全尺寸图片 幻灯片

1.3   泡沫填充蜂窝材料(FFH)细观物质点模型

蜂窝为FFH的主体，先建立蜂窝材料的物质点模型，蜂窝的生成过程在物质点法中已经实现^[20]。然后，在蜂窝的空隙处填充泡沫，生成的流程与1.2节一致。泡沫铝填充蜂窝材料的物质点细观结构模型如图2所示。其中，FFH材料包括蜂窝组分和填充泡沫组分。

图  2  泡沫填充蜂窝材料(FFH)细观结构模型

Figure  2.  Meso-structure model of foam filled honeycomb(FFH)

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.   模型验证

2.1   理论模型

针对建立的椭球壳体泡沫模型开展理论验证。文献[25]中的泡沫铝采用AlSi10Mg材料。数值模型采用的材料参数如表1所示。

FFH细观结构物质点模型与理论模型的应力-应变曲线(静态加载)对比结果如图3所示。其中，σ为名义应力，ε为名义应变。物质点法采用动态加载，加载速度为10 mm/ms^[26](该加载速度下材料行为与准静态加载一致，且可节省计算成本)。由于采用显式求解，且计算中跨越网格产生噪声的问题，得到的应力-应变曲线存在一定震荡。对这些噪声进行降噪处理后，得到相对平滑的应力-应变曲线。可以看出，物质点细观模型与理论模型结果吻合较好。

图  3  FFH细观结构物质点模型与理论模型^[25]的应力-应变曲线(静态加载)对比

Figure  3.  Comparison of stress-strain curves between FFH meso-structure material point model and theoretical model^[25](under static loading)

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.2   实验验证

对圆柱形闭孔泡沫铝进行3次压缩实验。3次实验样品尺寸均为100 mm×100 mm×80 mm，密度为0.467 g/cm³，测试加载速度为10 mm/min。依据GB/T 7314—2005^[27]，在材料力学试验机上对圆柱形闭孔泡沫铝进行准静态压缩实验。对圆柱形闭孔泡沫铝压缩实验建立细观物质点模型，泡沫铝壁厚为0.1 mm，胞元椭球壳体椭圆率为1~2，椭球长半轴为3~5 mm。物质点离散精度为0.1 mm，背景网格离散精度为0.2 mm。数值模拟加载速度为10 mm/ms。

泡沫铝的物质点细观模型和实验得到的应力-应变曲线如图4所示。可以看出，物质点细观模型与实验结果吻合较好。由于实验本身的随机分散性和泡沫结构的随机性，不同试件仅在弹性区重合，平台区和压实区应力-应变曲线规律一致。弹性区边界位移约为2 mm，平台区边界位移约为25 mm。物质点细观模型结果的弹性区界线为2 mm，但加载力稍大于实验结果。物质点法的结果平台区界限为30 mm，但加载力与实验结果基本一致。物质点法压实区曲线变化趋势符合一般多孔材料变化趋势。相比于实验结果，物质点细观模型得到的应力-应变曲线在各个阶段的变化更清晰。

图  4  泡沫铝的细观物质点模型与3次实验的力-位移曲线对比

Figure  4.  Comparison of load-displacement curves between meso-structure material point models and three experiments

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图5为泡沫铝准静态压缩变形示意图，等效应力云图变化范围为0~600 MPa。可知，随着压缩位移的增加，在压缩到2 mm时，大部分泡沫材料的等效应力已经超过265 MPa(Al2024的屈服极限)，开始进入塑性变形，泡沫向其中孔隙内变形垮塌。在压缩位移达到30 mm时，平台区结束，此时垮塌泡沫填满孔隙，泡沫壁自相接触。随后，泡沫进入压实区，即金属材料本身被压缩，并最终到达压缩极限，直至加载结束。

图  5  泡沫铝准静态压缩变形示意图(D:压缩位移)

Figure  5.  Deformation morphologies of aluminum foam under quasi-static compression( D: Compressive displacement)

下载: 全尺寸图片 幻灯片

综上可知，物质点法建立的泡沫细观模型与实验结果吻合较好，可为FFH的动态加载力学行为分析提供基础和参考。

2.3   FFH动态加载力学性能

建立0.8 g/cm³(实际为0.78 g/cm³)FFH细观物质点模型，尺寸为20 mm×20 mm×20 mm。其中，蜂窝密度为0.4 g/cm³，填充泡沫密度为0.4 g/cm³。考虑到泡沫填充后的重叠部位为蜂窝材料，FFH密度略小于两种材料的密度之和。该模型中，泡沫铝壁厚为0.1 mm，胞元椭球壳体椭圆率为1~2，椭球长半轴为3~5 mm。蜂窝壁厚为0.178 mm，高度为5 mm，孔径为2 mm。物质点离散精度为0.1 mm，背景网格离散精度为0.2 mm。泡沫铝材料为Al2024，蜂窝材料为Al5052，两种铝合金材料的参数如表1所示。

图6为FFH动态加载的应力-应变曲线，不同加载响应阶段的分界线用虚线给出，其中加载速度为10 mm/ms。可知，0.4 g/cm³ FFH弹性区到应变为0.02截止，平台区到应变为0.5截止，随后是压实区。0.8 g/cm³ FFH平台区和压实区的分界线并不明显，这里划分的平台区可以看作是相对稳定的泡沫孔壁压溃过程。0.4 g/cm³ FFH的密度较小，孔隙率较大，供泡沫垮塌的空间大，在完全垮塌之前的变形较大，因此产生较平稳的平台区。0.8 g/cm³ FFH的密度较大，孔隙率较小，供泡沫垮塌的空间小，材料易压实然后变形，因此材料大变形和破坏是主要的吸能途径，没有明显的平台区。

图  6  FFH动态加载应力-应变曲线(加载速度为10 mm/ms)

Figure  6.  Stress-strain curves of FFH under impact velocity of 10 mm/ms

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图7为0.8 g/cm³ FFH的加载变形过程。可知，在应变为0.05时，FFH中泡沫和蜂窝的绝大部分材料已经进入塑性区，其中，蜂窝完全进入塑性段，且早于泡沫，泡沫在与蜂窝相接处较早开始塑性变形。随后，FFH从弹性区进入平台区。在应变为0.2时，泡沫被压溃，蜂窝屈曲变形，几乎全部FFH均处于塑性区。在应变为0.5时，孔隙基本被填满，此时平台区结束，FFH进入压实区。直至应变为0.8，FFH停止变形，压实区结束。

图  7  0.8 g/cm³ FFH变形过程

Figure  7.  Deformation morphologies of 0.8 g/cm³ FFH

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图8为压缩后FFH中蜂窝变形损伤与实验观测结果的对比。可见，虽然实验和数值模拟的FFH填充材料分别为聚氨酯泡沫^[16]和泡沫铝，变形模式存在差异，但数值模拟得到动态压缩后蜂窝呈周期性的褶皱变形和损伤，与实验结果类似。因此，FFH蜂窝在压缩后出现褶皱，且损伤主要集中在褶皱位置。0.8 g/cm³ FFH的褶皱略多于0.4 g/cm³ FFH，且损伤区域较多。

图  8  FFH中蜂窝损伤形貌

Figure  8.  Damage morphologies of honeycomb in FFH

下载: 全尺寸图片 幻灯片

3.   结果与分析

3.1   FFH动态力学性能

图9为0.8 g/cm³ FFH、0.4 g/cm³ FFH、0.4 g/cm³纯蜂窝和0.4 g/cm³纯泡沫的动态应力-应变曲线。其中，两种不同种密度的FFH中泡沫的质量分数均为50wt%，即填充泡沫的密度分别为0.4 g/cm³和0.2 g/cm³。可知，弹性区大约在应变为0.03处结束，平台区大约在应变为0.5处结束。考虑到压实区不是主要吸能区域，因此暂不考虑压实区，均以应变为0.5作为加载结束，以便分析吸能特性。

图  9  FFH、纯蜂窝和纯泡沫动态应力-应变曲线

Figure  9.  Stress-strain curves of FFH, neat honeycomb and neat foam under impact

下载: 全尺寸图片 幻灯片

可以看出，相同密度(0.4 g/cm³)的FFH、纯蜂窝、纯泡沫的应力-应变曲线趋势不同。FFH、纯蜂窝、纯泡沫的弹性区宽度基本相同，但纯蜂窝弹性模量最大，泡沫最小，FFH介于两者之间。纯蜂窝材料的各向异性结构决定了在面外强度较高，因此与各向同性的泡沫相比，弹性模量更大。在平台区，蜂窝进入屈曲后对变形的抵抗能力变小，吸能减少，泡沫孔洞较多，可以保证持续不断地抵抗变形和吸能，FFH综合了两者的优势，在平台区平缓吸能。还可以看出，纯蜂窝和纯泡沫组成的0.8 g/cm³ FFH的应力-应变曲线高于纯蜂窝和纯泡沫的叠加，即FFH中蜂窝和泡沫可相互增强。这是由于填充泡沫增强了蜂窝的屈曲强度，蜂窝增强了泡沫的压溃强度，进而提高了FFH抵抗变形的能力。

图10为0.8 g/cm³ FFH、0.4 g/cm³ FFH、纯蜂窝和纯泡沫的吸能总量。可见，相同密度(0.4 g/cm³)的FFH、纯蜂窝和纯泡沫的吸能总量基本一致。0.8 g/cm³ FFH比纯蜂窝和纯泡沫的吸能之和大得多。0.8 g/cm³ FFH中泡沫的吸能量与纯泡沫相当，FFH中蜂窝的吸能量比纯蜂窝增加较多。表明泡沫对蜂窝有显著增强作用。0.4 g/cm³ FFH和0.8 g/cm³ FFH中蜂窝吸能分数分别为64.4%和60.9%，蜂窝在吸能过程中占主导作用。

图  10  FFH、纯蜂窝和纯泡沫的吸能总量

Figure  10.  Energy absorption of FFH, neat honeycomb and neat foam

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图11为纯蜂窝、0.4 g/cm³ FFH及0.8 g/cm³ FFH变形后的蜂窝损伤形貌，图中黑色区域为损伤区域。可见，纯蜂窝屈曲出现1个较大褶皱，损伤比较集中；0.4 g/cm³ FFH屈曲出现2个褶皱，损伤分散在褶皱变形较大处；0.8 g/cm³ FFH出现3个褶皱，变形呈周期性，损伤较为均匀地分散在整个材料中。填充的泡沫改变了蜂窝变形模式，使变形趋于均匀，损伤区域更加分散。

图  11  FFH和纯蜂窝的损伤形貌

Figure  11.  Damage morphologies of FFH and neat honeycomb

下载: 全尺寸图片 幻灯片

3.2   不同填充泡沫密度对FFH力学性能和吸能的影响

图12为不同填充泡沫密度的FFH的应力-应变曲线。可知，随着填充泡沫密度的增加，FFH的应力-应变曲线趋势基本相同。弹性区的宽度基本相同，但弹性模量随着填充密度的增加而增大。平台区随着填充密度的增加变得不平稳，平台区的宽度基本相同，但平台应力随着填充密度的增加而增大。

图  12  不同填充泡沫密度的FFH的应力-应变曲线

Figure  12.  Stress-strain curves of FFH with different filled-foam densities

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图13为不同填充泡沫密度的FFH蜂窝损伤形貌。可知，随着填充泡沫密度的增加，FFH的变形褶皱数目略微增多，损伤区域相应增加。

图  13  不同填充泡沫密度的FFH中蜂窝损伤形貌

Figure  13.  Damage morphologies of honeycomb component in FFH with different filled-foam densities

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图14为不同填充泡沫密度下的FFH吸能效果。可知，随着填充泡沫密度的增加，FFH吸能总量增加，泡沫吸能大大增加，蜂窝的吸能总量变化不大，但有缓慢增加趋势。随着填充泡沫的增加，可供垮塌的泡沫增加，蜂窝可提升其阻挡变形的能力，进而FFH吸能量大幅增加。可以看出，蜂窝结构不变的情况下，随着填充泡沫密度的增加，FFH的吸能总量增加。结合图12和图13可以看出，随着填充泡沫密度增加，FFH的曲线平台段提升，填充泡沫对蜂窝的增强作用加强，蜂窝的屈曲强度得到进一步增强，即填充泡沫增强了蜂窝的屈曲强度，蜂窝抵抗变形能力增大，蜂窝吸能增大。表明填充泡沫可以促进蜂窝本身发挥更好的吸能效果，使FFH中的蜂窝得到更充分的利用。

图  14  不同填充泡沫密度的FFH吸能效果

Figure  14.  Energy absorption performance of FFH with different filled-foam densities

下载: 全尺寸图片 幻灯片

3.3   不同加载速度对FFH力学性能和吸能的影响

图15为不同加载速度下FFH的应力-应变曲线。可以看到，随着加载速度增加，平台区域略微上升，弹性区和平台区宽度基本一致。当加载速度小于100 mm/ms时，应力-应变曲线变化趋势一致，应变率效应对曲线影响不明显，弹性区和塑性区基本重合。当加载速度大于100 mm/ms时，动态加载导致曲线产生较大震荡，且在加载初始出现较大瞬时冲击压力。总体来说，在本研究分析的加载速度范围内，应力-应变曲线的应变率效应是敏感的。

图  15  不同加载速度下FFH的应力-应变曲线

Figure  15.  Stress-strain curves of FFH under different impact velocities

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图16为不同加载速度下FFH中的蜂窝损伤形貌。可见，变形褶皱数和损伤变化不明显。图17为不同加载速度下FFH的吸能效果。可见，不同加载速度下FFH的吸能总量、泡沫吸能、蜂窝吸能变化趋势一致。在加载速度小于100 mm/ms时，FFH的吸能随着加载速度增大而减小；在加载速度大于100 mm/ms时，FFH的吸能随着加载速度增大而增大。但变化量值相对较小，在15%以内。考虑到动态加载过程中，数值模拟震荡、噪声和精度等的限制，15%的相对变化可近似结果基本一致。也就是说，虽然吸能有一定的变化，但可看作变化不明显，即吸能效果由结构决定。

图  16  不同加载速度下FFH中蜂窝损伤形貌

Figure  16.  Damage morphologies of honeycomb under different velocities

下载: 全尺寸图片 幻灯片

图  17  不同加载速度下FFH的吸能效果

Figure  17.  Energy absorption performance of FFH under different velocities

下载: 全尺寸图片 幻灯片

蜂窝吸能分数在不同加载速度下基本保持一致，变化幅度在1.6%以内。表明当FFH结构确定时，不同加载速度下各组分的吸能比例基本一致。也就是说蜂窝吸能能力与加载速度无关，蜂窝结构确定，吸能比例确定。

因此，在本研究的加载速度及填充泡沫密度范围内，当FFH结构确定时，吸能效果基本确定。在对FFH动态加载过程中，可供泡沫垮塌的空间和蜂窝变形褶皱的空间一致，FFH变形吸能一致；泡沫和蜂窝材料损伤区域变化不大，FFH损伤吸能确定。因此，当FFH结构确定后，其结构变形和损伤失效所消耗的能量也基本确定，吸能总量和各组分的吸能量确定。

4.   结 论

(1)建立了泡沫填充蜂窝材料(FFH)的细观物质点模型，重现了蜂窝和填充泡沫的细观结构。泡沫细观物质点模型与理论模型和实验结果吻合较好，FFH细观物质点模型得到与实验类似的褶皱变形。

(2)分析FFH动态加载下的吸能机制表明，泡沫依靠垮塌塑性变形来吸收能量，蜂窝通过屈曲变形来耗能。填充泡沫增强蜂窝屈曲强度，促进蜂窝吸能。FFH结构确定后，吸能总量和各组分吸能比例确定，与加载应变率无关。

(3)本研究结果可为FFH的结构设计和工程应用提供参考。后续拟开展针对不同填充泡沫材料(如聚氨酯泡沫)FFH的动态力学性能、蜂窝褶皱变形与结构参数和外载能量等的关系，及FFH工程化和实验验证等方面的研究。