• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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仿海螺壳交叉层状超材料的动态冲击响应与吸能性能

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廖杨舟, 王珅, 张欢, 武晓东, 李志强, 杨富丽. 仿海螺壳交叉层状超材料的动态冲击响应与吸能性能[J]. 爆炸与冲击. doi: 10.11883/bzycj-2026-0156
引用本文: 廖杨舟, 王珅, 张欢, 武晓东, 李志强, 杨富丽. 仿海螺壳交叉层状超材料的动态冲击响应与吸能性能[J]. 爆炸与冲击. doi: 10.11883/bzycj-2026-0156
LIAO Yangzhou, WANG Shen, ZHANG Huan, WU Xiaodong, LI Zhiqiang, YANG Fuli. Dynamic impact response and energy absorption performance of conch shell-inspired cross-laminated metamaterials[J]. Explosion And Shock Waves. doi: 10.11883/bzycj-2026-0156
Citation: LIAO Yangzhou, WANG Shen, ZHANG Huan, WU Xiaodong, LI Zhiqiang, YANG Fuli. Dynamic impact response and energy absorption performance of conch shell-inspired cross-laminated metamaterials[J]. Explosion And Shock Waves. doi: 10.11883/bzycj-2026-0156

仿海螺壳交叉层状超材料的动态冲击响应与吸能性能

doi: 10.11883/bzycj-2026-0156
基金项目: 山西省科技重大专项计划项目(202301120401010);

Dynamic impact response and energy absorption performance of conch shell-inspired cross-laminated metamaterials

  • 摘要: 针对传统体心立方晶格在动态冲击下极易发生全局灾难性失效的缺陷,受天然海螺壳交叉层状微观结构启发,本文旨在开发兼具极端轻量化与高效动态吸能特性的新型防护材料。基于高韧性树脂材料,设计了引入节点约束梯度的单层仿生结构与结合正交堆叠策略的三层仿生交叉层状超材料,并以传统体心立方晶格为基准对照组。采用落锤冲击试验系统开展了低速动态冲击实验,同步结合高速摄影技术与显式动力学有限元仿真,系统对比分析了三种拓扑结构在动态加载下的形变响应、应力波传递规律及失效演化过程。研究结果表明,传统晶格表现出迅速贯穿的全局剪切带与破坏性的刚性触底现象;单层仿生结构通过力学异质性显著提升了初始抗冲承载力,但大变形后期仍存在整体软化;三层仿生结构通过层间正交旋转构筑了宏观人工界面,成功激发了界面阻断效应,极大增加了裂纹扩展的空间曲折度。研究得出结论:多维仿生协同设计使三层超材料的失效模式彻底蜕变为以跨层变形滞后为特征的渐进式粉碎机制,该结构有效消除了触底尖峰并在极限压缩内维持了漫长稳定的载荷平台,展现出极致的冲击动能耗散表现,为先进轻质抗冲击吸能结构的设计提供了全新的范式。
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出版历程
  • 收稿日期:  2026-05-18
  • 网络出版日期:  2026-10-27

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