梯度泡沫金属冲击波形调控的逆向设计与边界效应研究

殷江南 杨强 高金翎 刘小川 刘家贵 卢天健

殷江南, 杨强, 高金翎, 刘小川, 刘家贵, 卢天健. 梯度泡沫金属冲击波形调控的逆向设计与边界效应研究[J]. 高压物理学报. doi: 10.11858/gywlxb.20261046
引用本文: 殷江南, 杨强, 高金翎, 刘小川, 刘家贵, 卢天健. 梯度泡沫金属冲击波形调控的逆向设计与边界效应研究[J]. 高压物理学报. doi: 10.11858/gywlxb.20261046

梯度泡沫金属冲击波形调控的逆向设计与边界效应研究

doi: 10.11858/gywlxb.20261046
  • 摘要: 为实现航空安全测试等领域对高冲击量值波形的精准生成,本文研究了梯度泡沫金属在不同边界条件下的冲击波形调控机制。基于质量与动量守恒定律,分别建立了自由边界与弹性边界下梯度泡沫金属冲击波形发生理论模型;并进一步提出了一种基于平均相对密度约束与高斯-牛顿迭代的密度梯度反向设计方法,实现了从目标加速度波形到材料密度梯度分布的逆向求解。有限元结果表明,该方法在不同边界下均能有效生成目标波形,如三角波和半正弦波。研究还发现:自由边界更适合生成高幅值、宽脉宽波形,而弹性边界则可通过刚度调节改善低幅值波形的可实现性;边界条件虽不改变冲击持续时间,但会对波形形状产生显著影响。此外,若相邻层间的阻抗差异过大,将导致波形波动加剧,从而影响波形生成精度。本文提出的密度梯度反向设计策略具有良好的通用性,为高冲击测试技术的自主发展提供了理论支撑与实用化设计工具。

     

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  • 网络出版日期:  2026-04-21

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