防护装备是保障人体生命安全的重要屏障，面对日益复杂的冲击环境，传统的防护材料已逐渐无法满足日益提高的安全防护需求，研发新型防护材料成为构建高效防护装备系统的必要途径。在高速瞬态冲击作用下，人体关键脏器与组织通常会遭受剧烈的局部变形效应，从而对人体造成钝性伤害（BABT）,损伤程度由主要变形处的凹陷深度所决定，损伤模式包括肌肉淤青、肋骨断裂等，严重威胁着人员的存活率与后续活动能力。因此，中国科学院力学研究所流固耦合系统力学重点实验室魏延鹏研究团队，开发出一种针对冲击载荷具有自主调控能力的FIAM（Flexible Intelligent Anti-Impact Material）柔性智能抗冲击材料，并实现了基于力学环境的材料定向优化设计方法和工艺方案。

在此基础上，研究团队通过将FIAM材料与乙烯-醋酸钙乙烯酯(EVA)低密度泡沫进行共混复合，开发了一款具有应变率强化效应的FIAM-EVA柔性智能抗冲击缓冲材料，以实现防防护装备对人体防护作用的性能提升。通过将FIAM-EVA制成缓冲衬垫并与超高分子量聚乙烯防弹层形成新型柔性防弹衣，利用专业的弹道靶测试平台对不同配比的FIAM-EVA缓冲衬垫开展实战条件下的防护性能测试。实际测试结果表明，在抵挡相同的子弹冲击作用时，FIAM-EVA缓冲衬垫的背部凹陷深度较传统材料有显著降低，且变形量随着FIAM材料添加量的增加而提高。当缓冲衬垫中的FIAM含量为3%和5%时，新型防弹衣的防护能力比普通防弹衣分别提升了39%和42%。通过建立高保真数值仿真模型，模拟防弹衣在子弹高速冲击作用下的动态力学响应，可以获得实验中无法捕获的动态力学参数，为新型防弹衣的防护特性分析提供数据支持以及理论支撑。数值仿真结果表明，FIAM-EVA缓冲衬垫在抵挡子弹冲击效应的过程中表型出更优异的吸能效力，掺入3%与5%FIAM材料缓冲衬垫的有效吸能比较传统缓冲衬垫分别提高了26%与28%。与此同时，FIAM赋能材料展现出了对冲击波与凹陷变形的扩散效应，使局部的高幅脉冲可以更好地传递到邻近区域，降低人体所遭受的凹陷变形与钝性损伤，形成更有效的防护体系。研究工作为FIAM体系在人体防护装备中的应用提供数据与技术支撑。

图1 背衬胶泥凹陷仿真结果

该成果以“Protective performance of shear stiffening gel-modified foam against ballistic impact: Experimental and numerical study”发表在Defence Technology上。该工作得到了国家自然科学基金委面上项目（No.12072356 和 No.12232020），瞬态冲击技术重点实验室基金项目（No. 6142606221105）, 北京市科技计划-怀柔科学城成果落地项目（No. Z221100005822006）等项目的支持。

基于FIAM材料独特的力学特性，研究团队围绕典型冲击防护应用场景，相继开发出FIAM-EP、FIAM-PU和FIAM-SR等复合材料体系，以其优异的柔韧性、可塑性、热稳定性、抗冲击性能，在高端电子器件防护、装备防护、个体防护领域（如运动防护等）具有非常好的应用前景，现阶段已通过知识产权授权形式与北京中科力信科技有限公司合作进入产业化应用推广阶段。

图1. 防弹衣弹击测试与数值模拟的对比

图2. 弹道冲击作用下EVA，FIAM-EVA-3%和FIAM-EVA-5%防护下的背部凹陷轮廓数值仿真结果