泡沫铝材料因其独特的细观结构而具有良好的抗冲击性能,被广泛应用于航空航天、汽车、防爆容器等各种缓冲吸能场景。梯度泡沫铝材料的密度在材料内部不均匀分布,除具备均质泡沫铝的优良性能外,还可以通过对其密度梯度的设计优化其抗冲击性能。在防爆容器等应用场景中,圆柱形泡沫铝与两层金属柱壳构成的复合结构被称作泡沫铝夹心柱壳结构。传统的防爆容器质量较大、不利于快速移动,防爆容器的轻质化具有强烈的现实需求。本文以梯度泡沫铝夹心柱壳为研究对象,分析相对密度、元胞尺寸和密度梯度对其在内部爆炸载荷下抗爆性能的影响规律,并以外壳变形量和能量吸收作为评价指标。主要创新成果如下:首先建立了基于Voronoi技术的泡沫铝夹心柱壳的二维有限元模型,并进行了不同相对密度和爆炸载荷的爆炸试验,对比仿真结果与试验结果,验证了该模型的有效性。以外壳变形量和能量吸收为评价指标,分析相对密度和元胞特征尺寸对均质泡沫铝夹心柱壳抗爆性能的影响。结果表明,元胞特征尺寸对芯体能量吸收的影响可以忽略,但减小元胞特征尺寸可以明显降低内外壳体的变形量;而随着相对密度的增大,芯体总的能量吸收增大但单位质量的能量吸收近似呈线性降低,不利于降低防爆装置的质量。针对双层梯度泡沫铝夹心柱壳,分析了密度梯度对抗爆性能的影响。结果表明,负梯度芯体在外壳缓冲和能量吸收两方面的表现均优于正梯度芯体,且负梯度绝对值越大抗爆性能越好。这意味着可以通过采用负梯度芯体,在不影响抗爆性能的前提下降低防爆装置的质量。