近年来,轻质多孔材料以其优良的结构性能和多功能特性,成为众多学者和工程技术人员关注的热点。波纹结构,作为一种典型的棱柱型点阵多孔材料,其结构形式简单、易于加工和维护,且具有质量轻、强度/刚度高、抗撞击、有效散热等优点,故在航天航空、装甲防护、高速列车、舰船、深海潜水器、建筑及包装等领域得到了广泛应用,并具有进一步发展的潜质。但是,波纹结构亦存在如下问题:其力学性能的各向异性严重,易于发生屈曲失稳破坏,承载性能对初始缺陷比较敏感,且其能量吸收能力明显弱于泡沫和蜂窝材料。为进一步提高波纹结构的力学性能,本文基于材料混杂设计思想,提出泡沫填充波纹和蜂窝填充波纹两种波纹强化复合型多孔材料,通过理论、数值计算和实验研究了以其作为芯体的夹芯结构的综合力学性能,充分挖掘了这两种芯体结构的性能优势。本文主要工作包括以下几个方面:第2章基于弹性小变形假设下的细观力学模型,利用力平衡和能量等效原理,将泡沫-波纹复合多孔材料处理为正交各向异性均质材料,推导出相应的宏观等效热弹性常数,获得小变形下的热弹性本构关系,为后续深入研究泡沫-波纹复合夹芯结构的基本力学性能、结构行为响应及优化设计奠定理论基础。第3章通过有限元计算,系统研究了闭孔泡沫铝-304不锈钢波纹复合夹芯板的面外压缩行为,发现泡沫填充大幅度提升了复合芯体的面外压缩强度和能量吸收能力。这种增强效应主要源自于泡沫对波纹板自身的强化,泡沫本身并无明显强化。波纹倾角和细长比对压缩强度、能量吸收和变形模式有较明显的影响。泡沫填充使得波纹板呈现丰富的屈曲破坏模式。相较于空心波纹板,泡沫-波纹复合芯体的优势在波纹细长比t/L≤0.02时最为显著;随着细长比增加,该优势逐渐减小甚至消失。对面外压缩,采用强度较高的泡沫进行填充,其优势更为明显。第4章深入分析了泡沫-波纹复合夹芯结构在横向剪切和三点弯曲载荷下可能发生的失效破坏,建立了相应的强度理论模型,并在此基础上进行了最小质量优化设计,充分发掘了泡沫-波纹复合夹芯结构在横向剪切和三点弯曲性能方面的结构优势。发现聚酯泡沫填充可有效提高波纹夹芯结构的剪切强度和弯曲强度。承受相同剪切或弯曲载荷时,泡沫-波纹复合夹芯结构的最小质量通常要小于对应的空心波纹夹芯结构,这一质量优势在小载荷时最为显著,但随着载荷的增加,其质量优势逐步减小乃至消失。针对不同基体材料的波纹夹芯结构,需选取特定泡沫以使其结构效率达到最优。第5章首先建立了剪切夹芯梁在轴向分布力和端部力共同作用下的稳定性理论模型,发现剪切效应在夹芯梁屈曲分析中不容忽视,且采用Engesser剪切理论更为合适。在此基础上,进一步研究了考虑自重时泡沫-波纹复合夹芯梁受端部力作用的失效行为,发现重力效应、夹芯梁细长比、面板与芯体厚度比对其端部承载能力有显著影响,但波纹芯体的几何参数(波纹板细长比和波纹倾角)的影响较小。面板相对芯体较薄时,泡沫-波纹复合夹芯梁的端部承载能力远远超过空心波纹夹芯梁,此时复合夹芯梁的结构优势最为明显;随着面板加厚,虽然其端部承载能力增加,但泡沫强化效应却随之减小甚至消失,从而导致泡沫-波纹复合夹芯梁的结构优势下降,甚至不如空心波纹夹芯梁。第6章基于简化剪切变形理论,研究四周简支边界条件下泡沫-波纹复合夹芯板在热环境中的自由振动和屈曲特性,发现不同材料选取、纤维增强复合材料其不同纤维铺设方式和不同几何参数对该复合夹芯板的一阶固有频率和临界屈曲温度变化值有显著影响。T700/3234碳纤维增强复合材料制成的波纹夹芯板结构效率最高,且当波纹板纤维铺层平行于棱柱方向以及波纹倾角取45o时结构性能更优。聚酯泡沫-波纹复合夹芯板的整体结构性能略弱于空心波纹夹芯板(即复合夹芯板的一阶固有频率和临界屈曲温度较低),且结构性能随泡沫密度的增加而减小。第7章进一步拓展了材料混杂强化思想,以蜂窝铝替代泡沫填充到波纹空隙,从而获得一种新型的混杂复合型多孔材料,并通过实验、理论和有限元计算研究了该复合芯体的面外压缩行为,发现其面外压缩应力应变曲线大大超过单独蜂窝铝与空心波纹板对应的曲线之和,同时压缩强度和能量吸收能力大幅提高。这种强化效应源自复合芯体中蜂窝填充块与波纹板之间的强耦合作用,使得其各自的承载和能量吸收均得到大幅增强。蜂窝-波纹复合芯体的比强度和比吸能随蜂窝细长比的增大而增加,随波纹细长比的增大而减小。其比强度对波纹平台宽度的变化几乎不敏感,但随波纹倾角的增大先增加后减小,倾角约45o时达到峰值。相较于蜂窝,复合结构的压缩强度对初始几何缺陷几乎不敏感。与其他轻质材料比较发现,蜂窝-波纹复合多孔材料的压缩强度和能量吸收性能在低密度区具有明显优势。