超轻多孔金属材料的高孔隙率使其具有独特的多功能复合特性,包括质量轻、高比强度、高比刚度、耐冲击、降噪散热、多功能集成等优良特性,广泛地应用于汽车、轨道交通、飞机和船舶等交通工具的能量耗散装置中。超轻多孔金属材料的广泛应用不仅会大幅度降低对常规能源的需求,同时还可以减少环境污染。蜂窝结构属于典型的超轻多孔金属材料,在压缩过程中特殊的变形模式和蜂窝胞壁的塑性变形能吸收大量的能量,从而达到缓和冲击力,被大量应用于包装、重要设备的防护及结构体内部填充以及军事工程中。因此研究蜂窝结构的吸能特点、优化蜂窝结构、提高蜂窝结构吸能能力,一直以来是一个重要的研究课题。本文对典型的正六边形蜂窝结构进行拓扑优化,然后针对优化后的蜂窝结构吸能特性展开了一系列的研究,主要工作有:(1)对典型的六角蜂窝结构进行优化,将其每条边分成两段,用150度圆心角的弧线代替;对蜂窝拓扑结构进行数字三维建模,用德国EOS激光金属打印机打印出实体,包含单个胞体和整个实体单元。对六角蜂窝结构和优化后的蜂窝拓扑结构进行面内、面外以及单个胞体轴向进行准静态压缩实验,比较两种蜂窝结构的力-位移曲线,计算两者的吸能量、吸能有效率;结果表明不论是面内还是面外,优化后的蜂窝结构吸能量和吸能有效率都明显提高。(2)通过数值模拟计算蜂窝拓扑结构在相同速度下面内压缩的吸能特性,研究结果表明面内压缩下蜂窝拓扑结构有明显的应变率效应,随着速度的增加结构的吸能量和吸能有效率都得到提高;在相同速度下改变其壁厚,研究壁厚对吸能特性的影响,结果表明壁厚会对吸能量和吸能有效率产生影响,随着壁厚的增加,吸能量吸能有效率和比吸能都提高,说明适当提高结构的壁厚有利于提高结构的吸能特性。同时研究速度对优化后的蜂窝结构变形模式的影响,结果表明在低速时蜂窝结构是整体变形,产生45度剪切破坏,结构的一边出现变形,对应的产生第一个平台阶段;当一边压实后另一边开始变形,对应的产生第二个平台阶段;在高速时试件块体内出现明显的局部化变形带,压缩过程中变形带会一层接着一层连续传播直到固定边界。(3)通过数值模拟计算蜂窝拓扑结构单胞薄壁管在相同速度下轴向压缩的吸能特性,研究应变率对结构吸能特性的影响,结果表明单胞薄壁管结构有明显的应变率效应,随着速度的提高吸能量和吸能有效率都提高;在相同速度下改变其壁厚,研究壁厚对吸能特性的影响,结果表明壁厚会对吸能量和吸能有效率产生影响,随着壁厚的增加,吸能量吸能有效率和比吸能都提高,说明适当提高结构的壁厚有利于提高结构的吸能特性。同时研究其在不同速度和不同壁厚下的变形模式,发现速度不同变形模式会不同,而壁厚对变形模式没有太大的影响。(4)通过数值模拟计算蜂窝拓扑结构在相同速度下面外压缩的吸能特性,结果表明该蜂窝拓扑结构具有明显的应变率效应,随着速度的增加吸能量和吸能有效率都提高;在相同速度下改变其壁厚,研究壁厚对吸能特性的影响,结果表明壁厚会对吸能量和吸能有效率产生影响,随着壁厚的增加,吸能量吸能有效率和比吸能都提高,说明适当提高结构的壁厚有利于提高结构的吸能特性。同时研究速度对优化后的结构的变形模式的影响,结果表明速度对变形模式的影响不大,但壁厚对变形模式影响较大,当壁厚较薄时,压缩时从中部折叠破坏,当壁厚较厚时会产生屈曲。