本發(fā)明涉及一種自相似層級(jí)多胞材料能量吸收控制方法。具體包括：通過(guò)使用新的更小形狀的自相似胞元微結(jié)構(gòu)替代原傳統(tǒng)多胞材料的各胞壁連接點(diǎn)，提出自相似層級(jí)多胞材料的設(shè)計(jì)方法；引入用于反應(yīng)自相似層級(jí)多胞材料動(dòng)態(tài)敏感性的層級(jí)結(jié)構(gòu)影響因子；引入用于反應(yīng)沖擊速度與自相似層級(jí)多胞材料能量吸收相關(guān)性的速度相關(guān)因子；通過(guò)調(diào)節(jié)層級(jí)結(jié)構(gòu)的階數(shù)、層級(jí)結(jié)構(gòu)影響因子和相對(duì)密度，控制自相似層級(jí)多胞材料的動(dòng)態(tài)承載能力和能量吸收效率。本發(fā)明用于控制材料的能量吸收能力，具有較高的比強(qiáng)度、比剛度和動(dòng)態(tài)承載能力，提高了材料的能量吸收效率。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于材料與結(jié)構(gòu)的能量吸收控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種自相似層級(jí)多胞材料能量吸收控制方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著汽車(chē)、高速列車(chē)、艦船和超高速飛行器等各種運(yùn)載工具的快速發(fā)展以及環(huán)境污染問(wèn)題的日益突出，材料與結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)引起了許多國(guó)家和政府的高度關(guān)注。在這樣的背景下，超輕多胞材料/結(jié)構(gòu)以其卓越的比剛度、比強(qiáng)度以及優(yōu)異的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特性在眾多工程能量吸收領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，在實(shí)際工程中，被防護(hù)構(gòu)件往往是在整體質(zhì)量(或體積)受到一定限制的工況下應(yīng)用，或者是在確定沖擊強(qiáng)度的條件下使用，這就要求在給定沖擊條件下盡可能的發(fā)揮多胞材料的結(jié)構(gòu)性和能量吸收功能性的優(yōu)勢(shì)，提高吸能構(gòu)件的能量吸收效率，并且能夠?qū)Χ喟牧系哪芰课者^(guò)程智能化控制，從而實(shí)現(xiàn)超輕多胞材料能量吸收智能化和結(jié)構(gòu)可控性自適應(yīng)設(shè)計(jì)的目的。根據(jù)工程實(shí)際需要，對(duì)多胞材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其更加符合服役環(huán)境，充分發(fā)揮多胞材料多功能一體化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。

與實(shí)體材料不同，多胞材料的宏觀沖擊響應(yīng)主要是由基體材料與微觀結(jié)構(gòu)、孔隙相與固體骨架間的非線性動(dòng)力耦合作用所共同決定的。事實(shí)上，真實(shí)的胞元微結(jié)構(gòu)才是決定多胞材料宏觀動(dòng)力學(xué)性能的關(guān)鍵因素。一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)其壓縮應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線的形狀，多胞材料與結(jié)構(gòu)可分為兩種類型：I型吸能結(jié)構(gòu)和II型吸能結(jié)構(gòu)。I型吸能結(jié)構(gòu)的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線相對(duì)平坦，具備良好的載荷一致性，結(jié)構(gòu)吸收能量隨壓縮變形量的增加幾乎呈線性變化；而II型吸能結(jié)構(gòu)的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線在經(jīng)歷了一個(gè)初始應(yīng)力峰值后快速下降，載荷一致性較差。大量研究表明，I型吸能結(jié)構(gòu)對(duì)構(gòu)件受到撞擊后的能量吸收有利，因而被廣泛應(yīng)用于各種能量吸收構(gòu)件中。在沖擊載荷作用下，塑性坍塌是這類多胞結(jié)構(gòu)的主要失效機(jī)制，并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步變形局部化。對(duì)于該類多胞結(jié)構(gòu)而言，最大應(yīng)力首先出現(xiàn)在各胞壁的連接點(diǎn)處(也就是塑性鉸發(fā)生的位置)。如果在最大應(yīng)力處引入一個(gè)層級(jí)結(jié)構(gòu)(比如增加材料或者增加結(jié)構(gòu))，這樣可以減弱微結(jié)構(gòu)變形并使得局部動(dòng)態(tài)應(yīng)力發(fā)生改變，從而增加整體結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)承載能力和能量吸收特性，提高被防護(hù)構(gòu)件的安全性。因此，針對(duì)確定的工程應(yīng)用場(chǎng)合(即在整體質(zhì)量及結(jié)構(gòu)尺寸一定的條件下)，如何選取和設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)膶蛹?jí)結(jié)構(gòu)，更好的發(fā)揮多胞材料的結(jié)構(gòu)性和能量吸收功能性，對(duì)于實(shí)現(xiàn)多胞材料的動(dòng)力學(xué)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)其在眾多工程領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要的科學(xué)指導(dǎo)價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于提供一種自相似層級(jí)多胞材料能量吸收控制方法。對(duì)于所設(shè)計(jì)的自相似層級(jí)結(jié)構(gòu)，通過(guò)選取層級(jí)結(jié)構(gòu)階數(shù)、層級(jí)結(jié)構(gòu)影響因子和速度相關(guān)因子，使其在受到?jīng)_擊載荷時(shí)，能量吸收過(guò)程和所承受的動(dòng)態(tài)承載能力可以有效的控制，進(jìn)而提高并控制材料的能量吸收能力和吸能效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種自相似層級(jí)多胞材料能量吸收控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：