Page 39 - 《爆炸与冲击》2026年第10期

第 46 卷 徐 蓉，等： 基于数据驱动混杂点阵结构的惯性效应和结构效应竞争机制分析 第 10 期

构型子集。具体步骤为将所有不重复构型按含 12 14
有 HD 胞元的数量进行分区，选取遵循了 4 个原 10 HOIL 12
Representative
configurations
则：基于 HD 胞元分区的比例分配、四舍五入为整 8 HOIL 10
数、每个 HD 胞元数量分区至少包含 1 个构型， 8
以及在每个分区内随机抽样。最终从不重复构 Configuration amount/10 5 6 6 Configuration amount
型中提取 200 种作为代表性构型（representative 4 4
configurations, RC） 如 图 3 所 示 （ 编 号 RC1～ 2 2
RC200）。
0 0
1.2 准静态和动态平面压缩有限元模型 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64
HD cell amount
使用 Creo 软件构建胞元的几何模型，基体
图 3 含有不同 HD 胞元数量的 HOIL 分布以及
材料为 17-4 PH 不锈钢 GP1，其力学参数来源于 提取的 200 个代表性构型的分布
GP1 不锈钢的拉伸试验数据 [32] 。在有限元模拟 Fig. 3 Distribution of HOIL containing different HD cell
中，采用应变率无关的弹塑性材料模型，不考虑 amounts, and distribution of 200 representative configurations
应变率效应，将准静态与动态模拟结果之间的差异归因于惯性效应的引入。将胞元模型导入 Abaqus/
CAE，结合 Python 脚本实现 200 种代表性混杂点阵结构的装配。采用 C3D10M 二次四面体网格对模型
进行离散化，并结合网格收敛性分析确定合适的网格尺寸（0.45 mm）。HOIL 的有限元模型置于 2 个刚性
板之间，上板和下板采用带有参考点的解析刚性板建模。压缩过程中，表面接触采用摩擦系数为 0.2 的一
般接触处理。准静态加载通过以 0.024 mm/s 的恒定速度沿加载方向对下板施加压缩实现，对应的应变率
为 0.001 s 。为系统探究惯性效应的演化规律，初步尝试 3 种点阵结构在 30、50、80 及 100 m/s 等多种冲
−1
击速度的动态加载条件。结果表明：在较低速度下，结构的动态响应与准静态结果差异较小，惯性效应不
显著，结构效应仍占主导；当速度提升至 100 m/s 时，惯性效应明显增强，其与结构效应形成相对等量的竞
争关系，有利于清晰揭示二者间的相互作用机制。因此，最终选取 100 m/s 的恒定压缩速度作为典型动态
工况进行对比分析。5 种典型混杂点阵结构的准静态和动态有限元结果如图 4 所示，准静态应力-应变曲
线显示出典型的 3 个阶段变形特征：线性弹性阶段、塑性平台阶段和致密化阶段。随着混杂点阵结构中
HD 胞元数量的增加，应力平台段显著上升；相同混杂点阵结构的动态应力平台高于准静态应力平台。
150 150

HDUL (quasi-static) HDUL (dynamic)
RC193 (dynamic)
120 RC193 (quasi-static) 120
RC114 (quasi-static) RC114 (dynamic)
RC7 (quasi-static) 90 RC7 (dynamic)
LDUL (quasi-static)
Stress/MPa 60 Stress/MPa 60
LDUL (dynamic)
90
30 30

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
Strain Strain
(a) Quasi-static planar compression (b) Dynamic planar compression (100 m/s)

图 4 5 种典型构型在准静态压缩和 100 m/s 动态平面压缩下的准静态应力-应变曲线
Fig. 4 Nominal stress-strain curves under quasi-static planar compression and 100 m/s
dynamic planar compression for five configurations
2 数据驱动模型

2.1 基于双向长短期记忆网络的预测模型
传统有限元模拟可提供准确的力学性能评估，但其高昂的计算成本难以满足混杂点阵结构复杂多

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