在船舶与海洋工程领域，重复冲击是较为常见的载荷工况，船体结构在重复冲击载荷作用下会出现变形和损伤累积，导致结构失效甚至破坏，对船舶结构安全造成严重威胁。泡沫金属材料作为一种结构与功能一体化的轻质材料，其夹芯结构兼具结构优势和力学优势，在船舶与海洋工程结构冲击安全防护领域具有广阔的应用前景。本文在国家自然科学基金项目和优秀博士培育基金项目的支持下，以船舶与海洋工程结构安全与轻量化为研究目标，致力于研究船用泡沫金属夹芯结构重复冲击动态力学行为，揭示重复冲击载荷作用下泡沫金属夹芯结构的变形累积机理和能量耗散机制，探索泡沫金属夹芯结构在船舶与海洋工程领域冲击防护方面的应用。
　　（1）搭建了泡沫金属夹芯梁重复冲击实验平台，采用实验方法研究了泡沫金属夹芯梁重复冲击动态力学行为，探讨了重复冲击载荷下泡沫金属夹芯梁的变形累积机理。研究表明，在重复冲击过程中，泡沫金属夹芯梁的面板及芯层的变形不断累积，出现渐进失效破坏。随着冲击次数的增加，夹芯梁加载刚度和卸载刚度均增大，每次冲击过程中夹芯梁储存的弹性能增大，对应的塑性能减小。此外，芯层的厚度直接影响局部凹陷大小和能量吸收分配。
　　（2）建立了泡沫金属夹芯梁冲击动态响应弹塑性数值分析模型，获得了实现重复冲击模拟的仿真方法，实现了重复冲击过程的可视化，分析了夹芯梁重复冲击动态响应过程和能量吸收特性，并探讨了关键几何参数的影响规律。研究表明，在重复冲击过程中，上面板吸收的能量大于芯层，而芯层吸收的能量大于下面板，夹芯梁的回弹能量随着冲击次数的增加近似呈线性增加。随着冲击位置距梁跨中距离的增大，加卸载刚度增大，夹芯梁吸收的能量减小，面板最终挠度呈抛物线形式减小。在上下面板总厚度不变的情况下，当芯层厚度增大时，芯层吸收的能量增加，局部凹陷增大，而上下面板的最终挠度减小。
　　（3）基于刚塑性假设，考虑了回弹效应对能量吸收的影响，建立了泡沫金属夹芯梁重复冲击塑性动力响应理论分析模型，应用膜力因子法成功地分析了泡沫金属夹芯梁重复冲击塑性动力响应，揭示了泡沫金属夹芯梁在重复冲击作用下的变形累积机理。理论预估与实验以及数值仿真结果吻合较好，验证了理论模型的准确性。在此基础之上，建立了考虑局部凹陷影响的夹芯梁重复冲击理论模型，分析了重复冲击过程中局部凹陷和整体弯曲的能量耗散机制。结果表明，局部凹陷导致夹芯梁整体弯曲挠度减小，而上面板最终挠度增大。上述分析模型可以为泡沫金属夹芯结构的抗重复冲击设计提供理论依据。
　　（4）在考虑低温（-60℃）影响的前提下，设计了泡沫金属夹芯板重复冲击实验，研究了重复冲击过程中夹芯板的动态力学行为，分析了低温对夹芯板重复冲击动态响应的影响规律，探讨了夹芯板重复击穿特性以及冲头形状影响。研究表明，在重复冲击过程中，夹芯板上、下面板的最终挠度以及芯层压缩量均不断累积。随着冲击次数的增加，加卸载刚度不断增大，夹芯板每次冲击耗散的塑性能不断减小。随着温度的降低，低碳钢面板以及泡沫金属芯层均由韧性向脆性转变，夹芯板面板最终挠度减小。对重复冲击直至夹芯板击穿而言，上面板的破裂次数（上面板出现裂纹所需的冲击次数）和下面板剩余冲击次数（从上面板出现裂纹到下面板穿透所需的冲击次数）均随着冲击能量的增大先呈现指数形式衰减后呈线性减小。冲头形状直接影响夹芯板的失效破坏模式，球形冲头重复冲击时，泡沫金属夹芯板的抗击穿次数最大。
　　（5）在考虑低温影响的前提下，建立了泡沫金属夹芯板重复冲击仿真模型，分析了重复冲击动态响应过程，探讨了低温以及关键几何参数的影响规律。研究表明，冲击力峰值以及面板的挠度均随着冲击次数的增加呈指数形式增大。低温下获得的冲击力峰值大于常温，而夹芯板的面板挠度均小于常温。低温的影响随着冲击能量和冲击次数的增加而增大。当夹芯板总质量和芯层厚度一定时，上面板越厚，冲击力峰值越大，面板的最终挠度越小。随着芯层质量比的增加，芯层吸收的能量增大，面板的最终挠度呈抛物线形式减小。
　　本文的研究工作，不仅揭示了泡沫金属夹芯结构重复冲击变形累积机理和能量吸收机制，为泡沫金属夹芯结构重复冲击动态力学行为的理论研究和工程应用提供了新的成果，同时可以为船舶结构轻量化以及安全性设计提供参考依据。