Page 136 - 《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

分 解 ， 选 择 依 据 为 m 不 大 于 设 计 基 准 ， F 、 E a 表 2 部分优化解（从 Pareto 解集中选择）和相关设计变量
m
均优于设计基准。设计基准（No.0）为 RRH 夹层 Table 2 Partial optimal solution selected from Pareto solution
梁 前 后 面 板 壁 厚 均 为 2 . 0 0 m m 、 芯 层 壁 厚 为 set and related design variable

0.05 mm 时的 m、F 、E 。 No. t f /mm t c /mm t b /mm m/g E a /J F m /N
m
a
建立 Pareto 解集有利于分析全体解集空间， 0 2.00 0.05 2.00 149.32 11.12 494.35
帮助设计者根据需求在全体解集中做出合理决 1 0.91 0.24 1.53 149.32 18.27 730.04
2 0.91 0.24 1.53 149.39 18.29 730.50
策。如表 2 所示，例如，当设计要求结构 F 不小
m
3 0.91 0.25 1.64 153.23 19.36 742.53
于 740.0 N，E 不小于 19.0 J。此时，满足设计要
a
4 0.91 0.25 1.64 153.24 19.36 742.58
求的解为 No.3 和 No.4。选择 No.4 和 No.13 验
5 0.89 0.25 1.54 152.19 18.79 743.51
证优化结果的预测精度，其中，选择 No.4 解验证
6 0.90 0.25 1.55 152.11 18.78 743.88
的原因是其实现 F 显著提升，而选择 No.13 验
m
7 0.91 0.25 1.55 152.14 18.76 744.16
证的原因是其实现 E 显著提升。如表 3 所示，
a
8 0.91 0.25 1.56 152.29 18.81 744.86
代理模型预测 No.4、No.13 解对应 F 、E 的相对
a
m 9 0.92 0.25 1.56 152.37 18.77 745.57
误差均不大于 5.0%，证明构建代理模型具有较
10 0.92 0.25 1.56 152.38 18.77 745.61
高预测精度。在 RRH 夹层梁质量不增大前提
11 0.93 0.25 1.56 152.39 18.76 745.74
下，采用 No.4 解 RRH 夹层梁 F 、E 分别提升
a
m 12 0.93 0.25 1.55 152.59 18.78 746.58
69.4%、46.9%；采用 No.13 解 RRH 夹层梁 F 、 13 0.93 0.25 1.58 153.15 18.96 748.61
m
E 分别提升 63.0%、45.5%。
a

表 3 优化结果验证与优化前后对比
Table 3 Verification of optimal solution and before and after comparison of optimization
No. m/g 响应 E a /J F m /N
0 153.30 初始值 11.12 494.35
优化值 19.36 742.53
4 153.24
有限元解 18.84 726.31
优化值 18.96 748.61
13 153.15
有限元解 18.13 719.35
5 与传统蜂窝夹层梁耐撞性的对比

为全面对比提出 RRH 夹层梁与传统蜂窝夹层梁的三点弯曲耐撞性，如图 15(a) 所示，分别构建面
内、面外正六边形蜂窝夹层梁的数值模型。通过调整夹层梁芯层壁厚，使面内传统蜂窝（In_Hex）、面外

传统蜂窝（Out_Hex）、RRH 夹层梁分别具有相同壁厚和质量。需要指出的是，夹层梁耐撞性与其力-位移
曲线变化趋势密切相关，理想夹层梁遭遇冲击时的应力-应变曲线应呈现稳定、较长的平台阶段，从而以
被保护目标的碰撞忍受度（减速度）上限快速耗散外部冲击能量，实现有效缓冲吸能防护 [21] 。图 15(b) 为
等壁厚下 3 种蜂窝夹层梁的弯曲力-位移曲线，In_Hex 夹层梁力-位移曲线显著低于 RRH 和 Out_Hex。
Out_Hex 夹层梁的力-位移曲线在初始塑性变形后持续增大，尽管展现较高的承载和吸能，但其承载力的
持续增大导致被保护目标遭遇持续增大的减速度，可能超过被保护目标对碰撞的忍受度（强减速度）。
RRH 夹层梁塑性变形后力-位移曲线呈现稳定、较长的平台阶段，使被保护目标以近乎恒定的减速度直
至耗尽外部冲击能量。因此，等壁厚下 RRH 展现较面内、面外传统蜂窝夹层梁更优异的弯曲耐撞性能。
图 15(c) 为等质量下 In_Hex、Out_Hex、RRH 夹层梁的弯曲力-位移曲线。In_Hex 的力-位移曲线依然
较低，而 Out_Hex 的力-位移曲线呈现快速增大、短暂平台、快速降低、缓慢降低的四阶段变化，其力-位
移曲线的波动将造成被保护目标遭遇连续变化的减速度。相对地，RRH 夹层梁塑性变形后稳定的力-位
移曲线可使被保护目标以近乎恒定的减速度耗散冲击能量。综上，Out_Hex 持续增大的力-位移曲线适

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