在耐撞性结构中引入梯度多胞材料可实现对冲击载荷的调控,有望更好地提高结构耐撞性,但传统的研究很难直接给出满足某种耐撞性要求的梯度多胞材料。由于多胞材料在动态冲击下具有变形局部化特征,所以基于压溃波波阵面的传播规律可望指导梯度多胞材料的耐撞性设计。近年来,研究人员提出了一种基于非线性塑性冲击波模型的耐撞性反向设计策略,在被保护物体初速度撞击的情形下,可以根据特定的载荷需求获得相应的相对密度分布。然而,该设计策略尚存在一些不足:一、该设计策略是隐式的,需借助数值求解才能获得相对密度的分布函数;二、该设计策略还不够准确,设计中未考虑多胞材料加载率敏感性的影响;三、该设计策略尚未得到实验验证,传统工艺无法精准制备出所设计的相对密度分布。本文针对梯度多胞材料耐撞性设计问题,拟发展理论分析方法,并通过增材制造技术和动态测试技术进行实验验证,从而提高梯度多胞材料耐撞性设计的简便性、精准性和实用性。基于梯度多胞材料在直接撞击下的一维冲击波模型,提出了一种确定多胞材料动态材料参数与相对密度关系的实验方法。根据正梯度和负梯度多胞材料直接撞击情形的一维冲击波模型,分别获得了冲击速度随时间的变化关系,将其应用于拟合实验数据,可确定动态材料参数与相对密度的关系。以增材制造的具有线性密度分布的梯度ABS泡沫为例,分别开展了正梯度和负梯度高速冲击实验,根据冲击速度的实验结果获得了 ABS泡沫的动态材料参数与相对密度的幂律关系。进一步结合该幂律关系和一维冲击波模型,预测了压实区应力,相关结果与实验相吻合。针对质量块冲击情形,在恒定冲击载荷的耐撞性要求下,简化了不考虑多胞材料率敏感性影响的耐撞性反向设计策略,运用级数法获得了相对密度分布的渐近解。对于不同细观构型的梯度多胞材料,二阶近似解均具有足够的精度以近似精确解。基于Voronoi技术和变胞元尺寸法,构建了梯度随机蜂窝和梯度闭孔泡沫的细观有限元模型。数值模拟结果表明,基于二阶近似解的设计是有效的,其冲击力整体保持恒定,基本满足耐撞性要求。但无论是基于精确解还是基于二阶近似解的设计,其冲击载荷都略高于目标值,这表明未考虑率敏感性影响的耐撞性反向设计策略存在缺陷。进一步发展了考虑多胞材料加载率敏感性的耐撞性反向设计策略,并给出了渐近解,可直接获得相对密度分布和试件长度。探讨了考虑和不考虑多胞材料率敏感性的影响,发现考虑率敏感性设计的相对密度分布更低且试件长度更短,即所设计的梯度多胞材料更轻且更短,满足轻量化的要求。数值模拟结果表明,考虑率敏感性的二阶近似设计的冲击力维持恒定,且平均冲击力略低于耐受值,满足耐撞性要求。解释了未考虑率敏感性影响的反向设计的冲击力过高的原因。讨论了不同工况,即不同初速度和质量冲击情形以及不同的冲击力设计目标,发现考虑率敏感性的二阶近似设计均可以很好地满足耐撞性要求,具有较好的适用性。因此,考虑率敏感性的二阶近似设计满足了提高梯度多胞材料耐撞性设计的简便性和精准性,对实际工程应用具有理论指导意义。基于ABS泡沫的动态材料参数与相对密度的幂律关系,对于不同初速度撞击情形,给出了考虑率敏感性的二阶近似设计的相对密度分布。通过构建特定密度分布的梯度闭孔泡沫的几何模型,利用增材制造技术,制备了梯度ABS闭孔泡沫,开展了质量块撞击的高速冲击实验。实验结果表明,质量块撞击速度呈现线性衰减趋势并与理论设计基本吻合,平均冲击力均低于理论设计载荷值。因此,实验验证了考虑率敏感性影响的二阶近似设计的有效性。将未考虑基体材料损伤的细观有限元计算结果与实验结果对比,发现了数值模拟的质量块冲击速度历程和所受平均冲击力与实验结果基本一致,支撑端力在低速度阶段略高于实验结果。支撑端力数值模拟结果偏高的原因可能为细观有限元逐层压溃的变形模式可以使得力更好地向支撑端传递,而实验的压溃破碎和堆积并存的变形模式不利于力的传递。说明了是否引入基体材料的损伤模式,不大影响利用细观有限元模型对梯度ABS泡沫压实区力学性能进行分析,但会在低速冲击时略微高估支撑端载荷。