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user: 3. 三层材料组合结构 夹层板结构一般由两层高强度薄面板和中间承载能力相对较弱的轻质柔性芯材通过焊接或胶接而成，面层通常采用铝、铜、钢等金属材料、陶瓷、硬塑料、玻璃钢等，芯材通常采用泡沫塑料，波纹金属薄片，蜂窝金属薄片、聚合物、石棉等 [ 22 ] [ 23 ] 。调整上下面板的距离，可增大结构的截面惯矩，提高弯曲刚度，使面板在承受应力时能较好地保持弹性稳定性。芯材形式有泡沫、蜂窝、八面体网架、棱柱、波浪型等。其中，泡沫和蜂窝是应用最早且最广泛的两种形式，而桁架、四棱锥和折板等在轻质、导热性能上具有独特的优点，而点阵结构、六角凹孔网状蜂窝则是近年来兴起的新一代多功能材料。 3.1. 中间为多孔材料组合结构 在多孔材料两面组合高强度材料，形成复合抗爆结构，实现防冲击、防爆和衰减冲击波的功能 [ 24 ] ，当爆炸冲击波作用到复合结构时，多孔材料产生塑性变形被压实，能够大大地削弱应力波的强度 [ 25 ] 。 3.1.1. 金属多孔材料 泡沫铝夹芯材料作为一种潜在的防护材料，不仅应具备高的抗冲击能力，还应具有一定的抗侵彻能力，其抗侵彻性能主要取决于面板的强度以及面板和芯材的结合强度，国内外学者对不同面板的泡沫铝夹芯材料的抗侵彻性能进行了大量的研究。寇玉亮等 [ 26 ] 从理论上分析泡沫铝三明治板在单位冲量下，结构的变形量及其他相关物理量与结构几何尺寸、材料属性之间的定性关系。杨飞等 [ 27 ] 采用有限元软件分析了面板厚度、芯层厚度、芯层相对密度及不同子弹形状对夹芯板抗侵彻性能的影响，以及能量耗散机制。康建功等 [ 28 ] 采用数值模拟方法分析了面板材料分别为工业纯铝与不锈钢的泡沫铝夹芯梁在不同爆炸荷载作用下的跨中位移与芯材压缩应变的差异，发现面板材料对泡沫铝夹芯梁的压缩应变影响较小。阎石和黎伟 [ 29 ] 分别对不加任何保护层、仅加一层钢板保护层、加钢板和泡沫铝复合保护层三种结构在爆炸冲击荷载下的空气冲击波超压特性进行数值模拟。韩守红和吕振华 [ 30 ] 从变形模式、运动响应和吸能特性等方面对比研究了6种夹层结构的动态响应特性进行了有限元分析发现铝泡沫芯材密度对夹层结构的动态响应影响较大。胡亚峰等 [ 31 ] 采用数值计算模型研究了爆炸载荷作用下，应力波在泡沫铝夹层三明治板中的传播规律，对其缓冲吸能、衰减应力波特性进行了对比分析，发现在总体密度相同的情况下，梯度结构具有更好的缓冲效果。张培文等 [ 32 ] 对前、后面板厚度不同时多孔金属夹芯板在爆炸载荷作用下的动力响应进行数值分析，通过对炸药量、面板厚度及芯层厚度的不同组合，分析结构在爆炸载荷作用下的变形模式及能量吸收规律。 张明华等 [ 33 ] 发现在不同子弹冲击速度下铝板-泡沫铝夹芯板相对于纯铝板具有不同的破坏形态；宋延泽等 [ 34 ] 分析了子弹冲量、面板厚度、芯层厚度及不同芯层类型对夹芯板抗冲击性能的影响；H. Zhao等 [ 35 ] 进行了冲击荷载下铝板泡沫铝夹芯板初始反向贯穿试验，结果表明，泡沫铝主要承受的是局部压应力，在顶板破坏前，泡沫铝产生应变硬化。亓昌等 [ 36 ] 研究了铝合金面板–梯度铝泡沫芯体–装甲钢背板夹层结构的抗爆性能，发现芯体密度梯度排布的铝泡沫夹层结构的抗爆性能明显优于等质量的均匀密度铝泡沫夹层结构，多目标优化可进一步提高结构的综合抗爆性能。任新见等 [ 37 ] 对钢板–泡沫金属–钢板叠合成的三明治结构的抗爆机理进行分析，指出波的反射、散射、干涉所引起的边界效应、会聚效应是其抗爆性能得到提高的主要原因。 3.1.2. 水泥基多孔材料 钢板夹芯混凝土组合结构具有结构受力合理、承载力高、刚度大、抗震性能和动力性能好、截面形式灵活、施工快速方便等优点 [ 38 ] 。张景飞等 [ 39 ] 研究发现泡沫混凝土结构具有明显的吸能作用，随着密度的减小，经过该层后爆炸冲击波峰值应力、应变急剧衰减；其复合防护结构的抗爆吸能是以牺牲泡沫混凝土来保护内层结构的。 3.1.3. 聚合物多孔材料 聚合物泡沫是一种最常见的芯材，主要有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚醚酰亚胺等材料。王成国等 [ 40 ] 研究了用胶结方法制备的钢板-高聚物-钢板层压复合材料，结果表明，增加钢板表面的粗糙度和适当加大黏合压力，可改善层压复合材料的成型性。W.J. Cantwell等 [ 41 ] 用落锤冲击试验研究了低速冲击荷载下泡沫聚合物和泡沫金属夹芯材料的动态响应特性，发现泡沫聚合物夹芯结构的破坏模式包括面材剥离、局部出现剪切裂纹、夹芯破碎等几种形式。范俊奇等 [ 42 ] 采用钢筋混凝土及钢板混凝土结构作为上下面板，中间泡沫夹层采用硬质聚氨酯泡沫，来调整爆炸荷载在结构中的分布形式，化局部荷载为整体作用荷载，以达到消减爆炸波减轻结构破坏的目的。 3.2. 中间为蜂窝结构组合结构 蜂窝夹芯板是在两层面板之间夹一层蜂窝夹芯构成；面板一般承受弯曲变形，是主要的受力部位，芯材将两个面层连接成整体，共同承受外载。主要类型有铝面板-铝蜂窝夹芯结构、碳纤维面板–铝蜂窝夹芯结构、玻璃钢面板–玻璃钢蜂窝夹芯结构等。蜂窝纸板结构上下为两层面纸，中间是蜂巢式的空心夹层结构，再在空心夹层中填充聚氨酯泡沫，也是一种新型的复合结构缓冲材料。 Yoshiaki Yasui [ 43 ] 研究了均匀型和锥型蜂窝夹芯板的动态冲击压缩行为，从吸能的角度来看，锥形板效果更好。J. P. Dear等 [ 44 ] 研究了用片状模塑料、热塑性玻璃毡和蜂窝夹芯板制备的夹芯材料，认为该材料结构可吸收更高冲击能量，具有轻质、刚性高的特点。陈长海等 [ 45 ] 首先利用有限元软件模拟夹层板在冲击波载荷作用下的响应，然后从能量吸收的角度分析夹层板的抗爆抗冲击性能，得到一种优化的夹层板模型。Xue Zhenyu等 [ 46 ] 分别对角锥桁架、方形蜂窝和折叠平板三种夹芯平板结构的抗冲击能力进行了比较分析。杨永祥和张延昌 [ 47 ] 认为蜂窝式夹芯层结构在横向冲击载荷作用下具有稳定的压溃载荷、较长的有效行程，表现出优良的吸能特性；结构密度是影响结构耐撞性能的关键因素，夹芯层高度对结构的耐撞性影响不大。孙杰等 [ 48 ] 认为玻璃钢蜂窝夹芯复合材料是制作浅埋抗爆结构的理想材料。 3.3. 中间为异型结构的组合结构 异型夹芯材料具有可控的优化设计能力，可以设计成点阵夹芯、I型夹芯、O型夹芯、V型夹芯、波纹夹芯等结构类型。 Zenkert和Burman [ 49 ] 对相同结构的夹芯板的比强度进行了研究，发现通过增加V型芯材的高度，在夹芯板质量增加很少的情况下，可以明显提高夹芯板的硬度和抗弯强度。D. D. Radford等 [ 50 ] 对由不锈钢锥状夹芯、不锈钢波纹夹芯和泡沫铝合金组成的固定夹芯梁在冲击荷载下的响应进行了研究，试验发现锥形夹芯的夹芯梁抗冲击性能最差，但所有夹芯梁的抗冲击性能都要高于块体梁。郑华勇等 [ 51 ] 建立了3D-Kagome点阵夹芯板在理想冲击荷载作用下的分析模型，经优化设计后的夹芯板是一种刚度更大、抗冲击能力更强、能量吸收与耗散更多的新型轻结构。 金属夹层结构是一类由金属上、下面板以及诸如波纹型、蜂窝型、桁架型等金属夹芯，通过激光焊接技术连接成的一个整体夹层结构 [ 52 ] [ 53 ] 。欧美等国已经在其性能、设计、制造等方面开展了大量研究工作；国内在这方面的研究工作目前还未形成体系，在理论计算、试验研究和工程应用上都还存在一定的差距。王果等 [ 54 ] 发现金属基折叠式夹层板具有优良的抗冲击性能，Y型激光焊接夹层板在水下爆炸冲击波载荷作用下，下面板发生膜拉伸变形，夹芯层发生压皱变形，对上面板起到缓冲作用，降低了上面板的损伤变形，改善了结构吸能效率，表现出优良的抗爆性能。Yueming Liang等 [ 55 ] 进行了方形蜂窝、I-夹芯和波纹结构金属夹芯板承受水下爆炸试验，发现响应形式依赖于芯材压缩的相对时间和水中的气穴大小。易建坤等 [ 56 ] 分析了点阵金属夹芯结构抗爆炸冲击过程的理论分析模型、夹芯结构的变形失效形式、抗爆吸能特性和相关影响因素。 3.4. 其他夹层组合结构 吴刚等 [ 57 ] 提出一种FRP、轻质加气混凝土复合的新型夹层结构，结果表明该复合结构抗弯性能得到显著的提高。田志敏等 [ 58 ] 通过抗爆试验研究了拉筋增强夹芯复合结构的抗爆炸荷载能力和典型的破坏形态。秦花等 [ 59 ] 研究发现双层钢板夹心水泥纤维板的抗爆性能明显优于双层钢板夹心素混凝土板和双层钢板夹心泡沫板，迎爆面以压碎破坏为主，背爆面以拉伸破坏为主，中间层则出现了“层裂”现象。另外，空气夹层结构也是一种抗爆炸能力很强的结构，在重要建筑结构和人防结构中有着极其重要的用途 [ 60 ] 。