Page 126 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 邹 震，等： 增强内凹蜂窝夹层结构弯曲力学性能及多目标优化设计 第 3 期

夹层梁三点弯曲抗冲击性能的多目标优化。最后，在等质量、等壁厚条件下分别对比面外、面内传统蜂
窝和 RRH 夹层梁的抗冲击性能。

1 材料与方法

首先，介绍 RH、RRH 夹层梁结构和材料参数，并展示 RRH 夹层梁加工方法及工艺参数。随后，介
绍 RRH 夹层梁三点弯曲实验的跨距、加载速度和加载头结构等，并分析 RH、RRH 夹层梁三点弯曲力学
行为和抗冲击性能，揭示 RRH 夹层梁三点弯曲抗冲击性能提升机理。
1.1 增强内凹蜂窝构造与结构参数
如图 1(a) 所示，传统 RH 面内压缩时水平胞壁、侧胞壁随机弯曲导致其整体不稳定变形，无法利用
所有胞元的吸能潜力。Zou 等 [17] 提出的 RH 悬链线强化策略，引入悬链线结构并将其与水平胞壁的两端
分别连接，如图 1(b) 所示。悬链线结构将纵向压力转换为水平拉力避免水平胞壁弯曲，同时其引导侧胞
壁绕其规则弯曲。因此，悬链线结构将 RH 的不稳定、局部变形纠正为稳定、整体变形，如图 1(c) 所示。
同时，悬链线结构的高承载效率可进一步提升 RH 的吸能潜力。综上，RH 的悬链线增强策略充分利用悬
链线结构的吸能潜力，并同步改善变形模式、增强负泊松效应，实现耐撞性的显著提升。

RH Catenery RRH

l 0 l 0
l 1 θ l 1
e +e x
−x
y = Stability
Instability 2
deformation deformation
(a) Traditional RH (b) Catenary structures (c) RRH

y
y
h s
x x
l s
w s
(d) The geometric parameters of sandwich beams

图 1 RRH 及其夹层梁的构建
Fig. 1 The construction of RRH and sandwich beam
如图 1(a) 所示，RH 胞元宽度 l 和高度 l 均为 20.0 mm，面外长度 b 为 50.0 mm，水平胞壁和相邻侧
0
1
胞壁的夹角 θ 为 60°。悬链线的解析公式如图 1(b) 所示，其跨距和长度满足关系：
Å ã
ka kL
sinh = (1)
2 2
式中：k 为悬链线常数，a 为悬链线结构的跨距，L 为悬链线结构的长度。根据式 (1) 可以发现，当悬链线结
构跨距 a 和长度 L 确定后，可求解悬链线常数 k。随后，将悬链线常数 k 代入下式确定悬链线的结构曲线：
1
y = cosh(kx) (2)
k
由于悬链线结构和 RH 水平胞壁两端分别连接的装配方法，悬链线结构的跨距 a 与 RH 水平胞壁长度
l 相同。因此，悬链线的构型仅可通过其长度 L 调整。为便于确定悬链线结构与 RH 胞元之间的几何关系，
0
悬链线结构的长度转换为高度 h。如图 1(c) 所示，RRH 胞元结构参数与 RH 保持一致，其悬链线高度 h 为
2.5 mm。夹层梁整体结构参数如图 1(d) 所示，其长度 l 为 s 250.0 mm，宽度 w 为 s 50.0 mm，高度 h 为 s 34.0 mm。

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