随着经济的快速发展,核能成为人类应对气候变化的重要能源选择,产生的乏燃料的数量也在逐年增加,大量的乏燃料急需通过运输容器,以陆路方式运送到处理场中进行处理,这对运输安全提出了更高的要求。核乏燃料运输容器两侧安装减震装置以防止在出现破坏时产生泄漏危险,减震装置在里面需要填充减震材料,木材仍然是国内外使用最广泛的减震器填充材料具有很好的减震吸能特性,然而木材存在纹理性,受温、湿环境影响大等缺陷限制了它的应用,现如今亟需一种新型的材料来代替木材作为减震器的填充材料。因此,本文设计制备了一种正交梯形蜂窝铝材料来验证其作为核乏燃料运输容器减震器填充材料的合理性和可行性。首先,设计制备出正交梯形蜂窝铝结构,该结构采用由下向上的加工方式,铝平板粘接梯形板后再粘接铝平板以此类推直到制备出两种结构的正交梯形蜂窝铝所需高度,两相邻的梯形板呈正交放置。从胶粘剂和不同结构方面探究了这些因素对正交梯形蜂窝铝性能的影响,最终发现不同结构对正交梯形蜂窝铝的性能影响较小,环氧树脂胶胶接的正交梯形蜂窝铝的性能更稳定。其次,采用准静态压缩试验将制备正交梯形蜂窝铝与减震器两种最常用填充木材材料进行性能对比,发现泡桐木和轻木受纹理方向和含水率影响较大,两种结构的正交梯形蜂窝铝都具有优良的性能,并且两种结构的正交梯形蜂窝铝的初始峰值应力、平台力和吸能量方面明显优于两种木材。再次,为了进一步提升正交梯形蜂窝铝的吸能效果,对两种结构的正交梯形蜂窝铝进行聚氨酯填充,压缩过程中聚氨酯受到挤压后发生弹性变形对正交梯形蜂窝铝的胞壁变形起到支撑作用使得材料在较大的应力下才屈服,从而表现出峰值应力和平台应力明显提升;压缩变形从大范围的屈曲变形吸能转变为局部的单孔变形吸能;单位体积吸收能明显提升,但在吸能效率方面填充聚氨酯后没有明显提升且最大能量吸收效率对应的应变点提前。另外,运用霍普金森杆装置对不同板厚和不同结构的正交梯形蜂窝铝进行动态加载试验分析其力学性能和吸能性能,发现板厚相同的材料会随着应变率的增大出现初始峰值增大;不同板厚的材料在相同应变率下的变形也有差异;不同结构的试样在相同应变率和相同板厚载荷下的力学性能和吸能也不同。最后,根据乏燃料运输容器的9米跌落试验的要求,以运输容器的三种常见跌落方式为基础,推导出三种跌落情况下减震器需要吸收的能量,计算得到水平跌落时减震器的吸能体积最小,仅为0.13 m~3,这就需要对应的填充材料的理想应力平台不低于3.5 MPa,运用有限元分析软件Ansys-Lsdyna模拟以正交梯形蜂窝铝为减震器填充材料的乏燃料运输容器穿刺和跌落仿真模拟,表征正交梯形蜂窝铝作为核乏燃料运输容器运输的可行性和可靠性。