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由于具有高比刚度、高比强度、优良的抗冲击和能量吸收等特性的同时,兼具散热、隔热、隔声、电磁屏蔽等多种功能,轻质夹芯结构一直是轻量化研究的热点,并在航空航天、高速列车、汽车船舶、风力发电、包装防护等领域有着广泛的应用。考虑到具有单层芯材且面板对称的传统夹芯结构设计上的局限性,通过将分层梯度夹芯层引入到两层面板由不同材料制成且厚度不同的非对称夹芯结构中,并协调各面板层和芯材层之间的物理和几何特性,从而实现可满足更广泛的功能与应用需求的新型夹芯结构设计,进一步拓宽夹芯结构的设计空间。因此研究面板非对称的梯度芯材夹芯结构的塑性行为对开展夹芯结构的力-功能一体化设计具有至关重要的意义。本文主要利用理论分析和数值模拟两种手段研究了梯度材料及其面板非对称夹芯结构在横向载荷作用下的塑性大变形,并详细讨论了梯度材料各梯度参数、芯层梯度及面板非对称性分别对梯度材料及其夹芯结构的塑性屈服、承载能力和能量吸收能力的影响。主要的研究内容及结论如下:1.研究了两端固支的梯度材料梁及其非对称夹芯梁结构在横向载荷作用下的塑性大变形。通过将功能梯度结构分层离散化提出了梯度材料梁的梯度分层模型,并根据材料几何和物理特性的耦合关系建立了梯度材料及其非对称夹芯结构的广义屈服准则和大变形控制方程,且进一步将其推广至在传统夹芯结构冲击面粘结上强化层的表面强化夹芯结构。之后通过对比文献中的实验数据,并开展相应的数值模拟工作,对理论分析模型的有效性进行了验证。结果表明,该分析模型能够很好地预测横向载荷作用下两端固支梯度材料梁及其非对称夹芯梁结构、表面强化夹芯梁和传统夹芯梁的挠度值、承载力和塑性能的吸收。而且梯度材料梁的受载侧沿加载方向的梯度变化率越大,梯度分层模型的精度越高。2.研究了屈服强度的梯度分布规律对梯度材料梁塑性屈服及大挠度响应的影响。研究表明,梯度系数、梯度强度因子及离散层强度比对梯度材料梁的屈服面、承载能力和能量吸收能力有显著的影响。在梯度材料梁的厚度和塑性极限轴力不变的情况下,通过适当的梯度设计,屈服强度在厚度方向上由强变弱再变强的非单调型梯度分布不仅具有较好的抗弯和抗拉能力,而且表现出优异的承载和吸能特性。特别地,当梯度材料某侧的梯度变化率较大时,增加该侧表面材料的强度将有助于改善梯度材料梁的承载和吸能表现,尤其当该侧表面材料硬于另一侧时。3.研究了芯层梯度排布规律及面板不对称配置对梯度芯材夹芯结构塑性变形的影响,并澄清了强化层的引入对不同类型传统夹芯梁力学性能的改善情况。研究表明,芯材的梯度和面板的选择对梯度芯材夹芯梁的塑性大变形有明显的影响。在梯度芯材夹芯梁的厚度和塑性极限轴力不变的情况下,选用较下面板强度高且厚度薄的上面板,较前芯层强度低且厚度大的后芯层,并配置合理的芯材梯度及面板不对称的强度比和厚度比可以有效地提高梯度芯材夹芯梁的承载和吸能性能。而且,通过引入强化层,传统夹芯结构的局部凹陷变形、承载和吸能特性可得到有效改善,尤其对于上面板的强度和厚度均低于下面板的传统夹芯结构。