Page 46 - 《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

应力波反射与能量耗散现象。高度混杂的结构设计使得 HD 与 LD 胞元交替分布，形成了密集的刚度变
化界面和非均匀的力传递路径。这种非均匀的力传递特性阻止了应力波在结构中的同步均匀传播，导
致变形过程虽然仍保持逐层压溃的基本特征，但在局部区域呈现明显的非均匀性发展，即层的压溃进程
不再同步，而是形成非均匀逐层破坏模式。相比之下，趋于均质的低或高 HD 占比的点阵结构因缺乏足
够的变形引导机制，在惯性力作用下易出现大量杆件近乎同时屈服，惯性效应因而凸显。高度混杂结构
有效调控了变形发展路径与能量分配，抑制了惯性效应，使动态响应更接近于结构效应主导的局部渐进
模式。这一机制说明，通过合理设计胞元配置与空间排布，可实现惯性效应的主动调控，为优化结构动
态能量吸收性能提供理论基础。

4 结 论

本文中以 2 种不同相对密度的菱形十二面体单元构成的四阶正交各向同性混杂点阵结构为对象，
系统探究了其在准静态与 100 m/s 动态平面压缩条件下的力学行为，重点揭示了惯性效应与结构效应之
间的竞争机制。主要结论如下。
(1) 结构效应对混杂点阵结构的能量吸收性能具有决定性影响。在准静态条件下，超过 99.99% 的混
杂构型的比吸能均超越低密度均质结构，最大提升幅度达 52.6%。当 HD 胞元占比处于中等范围（1/3～
2/3）时，结构混杂程度最高，不仅构型数量占比超 90%，而且比吸能也集中于稳定的 12.5～14.0 J/g 高值
区间。这一现象源于 HD 与 LD 胞元的有效协同，LD 胞元作为预设的薄弱区域引导了渐进、可控的压溃
变形路径，而 HD 胞元则提供了关键的结构支撑，二者共同构建了高效的能量耗散机制。反之，在 HD 胞
元占比极低或极高的趋均质化构型中，由于缺乏这种多级调控机制，其比吸能表现要么离散且波动大，
要么收敛于均质结构的较低水平。因此，决定性能优劣的关键并非简单地引入混杂，而在于通过精确的
胞元配比与空间排布，最大化结构效应中的协同机制。
(2) 惯性效应显著影响动态能量吸收行为。在动态载荷下，点阵结构的初始峰值应力和平台应力同
步提升，比吸能普遍提高。均质点阵结构的比吸能提升幅度接近一倍，惯性效应在结构均匀条件下得到
充分显现。混杂点阵结构的平均比吸能增幅远低于均质点阵结构，且在动态加载下仅有 13.42% 的混杂
构型的比吸能超过均质 LDUL 的比吸能，说明结构效应在多数情况下对惯性效应具有抑制作用，二者存
在明显的竞争关系。
(3) 结构混杂程度是调控点阵结构惯性效应的关键因素。当高密度胞元数占比极低或极高时，结构
趋于均质，惯性效应占据主导。而当高密度胞元数占比居中时，即结构混杂程度最高时，比吸能提升率
波动最小且全部低于均质基准，表明该阶段结构效应有效抑制了惯性效应。惯性效应与结构效应的竞
争机制本质上是变形模式的主导权之争。高度混杂结构通过低密度胞元作为预设薄弱区域，在动态压
缩下逐层压溃的基础上引导变形沿特定路径渐进发展，形成了非均匀逐层变形模式，能量在复杂的微观
结构中传递并不断在界面处被耗散和重新分配，从而将惯性效应引起的动态提升率调控在相对较低且
较窄的范围内，使动态响应更加稳定，能量吸收过程更为可控。

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