由于具有质量轻,比强度高的特性,泡沫夹芯结构被广泛地应用于航空航天、军事、船舶、汽车、高速列车、风力发电、包装、医疗器械等领域。新型高性能夹芯结构的设计一直是材料工程领域研究的前沿课题。传统的三明治结构通常是由两个薄层面板和具有一定厚度的中间芯材构成。近年来随着新型材料和结构的不断提出,通过改变芯材的材料和结构,提出了多种新型三明治结构并在实际应用中体现出优异的性能。因此考虑芯材的变形特征和应用需求,建立新型三明治结构动态塑性本构模型,这对于新型三明治结构的动力学优化设计和应用具有至关重要的意义。本文基于高速冲击下泡沫金属的变形特性,建立了时变金属泡沫三明治梁的动态塑性屈服理论,并提出了具有强度梯度的多层三明治梁的理论分析模型,建立了相应的动态屈服理论。全文的主要研究结果如下:(1)建立了质量块撞击下考虑三明治梁前后面板耦合关系的三明治梁动力学模型。不同于以往的“压力空腔”分析模型,模型中把三明治梁的芯材简化为连接前、后面板的刚塑性弹簧,同时将芯材的质量和弯距等效到前后面板以考虑芯材的弯曲变形。在变形过程中考虑芯材的弯矩作用,得到了关于时间变化的速度和挠度曲线,并将该模型应用于三明治梁的小变形分析。结果表明,模型预测结果与实验及有限元模拟结果吻合,可以更准确地预测梁中点的最终挠度。(2)考虑高速冲击下,三明治泡沫芯材渐进变形的特性,建立了三明治梁考虑时间不均匀性的时变动态屈服准则。与准静态的均匀变形是不同的,高速冲击下芯材的局部化变形导致三明治梁的横截面由对称形态变为非对称形态。将该模型应用于爆炸载荷作用下的三明治梁,结合膜力因子法,建立了爆炸载荷作用下三明治梁大变形的动力学模型。分析了三明治结构中点的速度和挠度。和有限元计算模拟结果比较表明,考虑时间不均匀性的动态屈服准则可以更加准确地预测高速冲击下三明治梁的动态响应特性。上述分析模型为研究三明治结构的优化设计提供理论参考,对不同工况下三明治结构的动力学性能设计具有重要的理论指导意义。(3)建立了具有芯层强度梯度的四层三明治梁的动态屈服理论。讨论了前后面板材料和厚度相同,芯层材料和厚度不同的夹芯结构的动态响应,分析了芯材厚度和强度对多层梁承载和能量吸收能力的影响。计算结果表明,在大变形时,结构承载和能量吸收能力随着芯材强度比值的增加而增加。而面板和芯材厚度的比值对结构承载和能量吸收能力也有类似的影响。尤其是在挠度超过梁的截面深度时,前面芯材强度的影响更加明显。(4)研究了梯度芯层三明治梁的凹坑效应。基于典型三明治结构的分析模型,建立了两层泡沫芯材三明治梁在受到横向载荷作用时大挠度凹坑分析模型,讨论了面板强度、芯材强度比及芯材厚度比对三明治梁的初始破坏载荷的影响。结果表明,通过改变芯材厚度比或芯材强度比可以控制三明治梁的破坏模式,同时也可以改善三明治梁的承载能力和能量吸收能力。这为三明治结构的芯材设计提供了理论指导。