多孔材料填充薄壁结构是一类新型轻质复合结构，它的出现为解决结构设计中的轻量化与耐撞性这对矛盾提供了重要手段。传统的飞行器多是由桁架、肋板和蒙皮通过连接件整合在一起，如在机翼等结构的适当部位填充多孔材料，可去除原有肋板等加强件，仍保持足够的承载能力和耐撞性能。如在汽车车身纵梁等薄壁结构中适当填充轻质多孔材料并进行优化设计，可在有限的空间和质量条件下提高车辆的碰撞安全性能。多孔材料与薄壁结构之间的“相互作用效应”，是该类结构具有高比吸能和高耐撞性能的根本原因。

    现有的研究均未能对相互作用效应进行定量表征，因而无法揭示该效应产生的机理。力学所宋宏伟副研究员与清华大学、波兰Wrocław大学开展合作，对泡沫铝填充薄壁结构吸能性能进行了系统研究，提出了能量吸收解耦方法，以定量表征相互作用效应。研究认为，吸能增加主要源于“过致密区”的贡献，胞孔形貌与载荷状态相关。在轴向和周向载荷的共同作用下，填充泡沫铝局部区域胞孔过致密压缩，应力呈指数函数增加。结合超叠缩单元的等效模型分析表明，填充后薄壁结构吸能增加仅为5%左右，而泡沫铝吸能增幅则达到40%。他们还采用数值模拟的方法对吸能进行拆分，得到了相近的结论。

    研究成果有助于通过控制微细尺度参数实现填充结构的优化设计，可大大简化装配、降低重量、提高效率，从而推动该类结构在航天、航空和汽车工程等领域的应用。

    上述研究结果已发表在重要国际学术期刊International Journal of Solids and Structures(2005, 42(10):2575-2600)和International Journal of Crashworthiness(in press)上。

    技术发展部供稿