Page 184 - 《爆炸与冲击》2025年第12期

第 45 卷 孙 勇，等： 动态海缆抗多次冲击复合防护层设计及力学性能研究 第 12 期

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图 6 给出了 EVA 泡沫材料（密度为 130 kg/m ） 2.5
Experiment
的准静态压缩应力-应变曲线理论预测与实验结 Theory
2.0
果的对比，图中虚线表示未考虑胞孔内气压影响 Parameter correction
的理论预测曲线，其中理论预测曲线中相关参数 1.5
3 3 E s =200 MPa， Stress/MPa
选用： ρ =130 kg/m ， ρ s =950 kg/m ， 1.0
p 0 =0.1 MPa。通过对比分析可以发现，理论预测
与实验结果在线弹性阶段和平台屈服阶段表现 0.5
出高度一致性，这表明所采用的理论模型能够准 Pressure-free platform
确 描 述 泡 沫 材 料 在 密 实 化 阶 段 之 前 的 力 学 行 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Strain
为。进一步观察虚实线的应力变化趋势可以发
现，考虑胞孔内气压作用的实验曲线在平台阶段 图 6 EVA 泡沫材料理论与实验的应力-应变曲线
呈现出更高的应力水平。这一现象表明，泡沫材 Fig. 6 Stress-strain curves of EVA foam material
in theory and experiment
料在压缩过程中，胞孔内封闭气体的压缩效应会
产生额外的气压阻力，从而在一定程度上增强了材料的抗冲击性能。
式 (3) 中的胞孔压力项 p 0 等于环境压力，并未考虑其在压缩过程中由于压缩效应产生的额外气压阻
力，导致泡沫材料平台屈服阶段应力的理论预测值小于实验结果，将对式 (3) 中 p 0 项进行修正。泡沫材
p 0 项修正为与应变率相关项，修正
料内气体在压缩过程中产生的气压阻力应与加载速率相关，考虑将
后，泡沫材料平台屈服阶段应力-应变关系可以表示为：
˙ ε
σ 1 Å ρ ã 2 p 0 ln ˙ ε 0 ε
= + (4)
E s 20 ρ s E s 1−ε−(ρ/ρ s )
˙ ε 0 为参考应变率 0.001 s 。图 中蓝色实线即为修正后理论预测曲线，与
−1
式中： ˙ ε 为实验中加载应变率， 6
实验结果吻合较好。
为了讨论密度对 EVA 泡沫材料力学性能及吸能特性的影响，依次引入吸能效率、密实化应变、平
台应力和最大比吸能等 4 个重要物理量。
[16]
η(ε x ) 可表示为：
吸能效率是评估材料能量吸收特性的重要参数，在给定压缩应变 ε x 下，材料的吸能效率
w
ε x
σ(ε)dε
η(ε x ) = 0 (5)
σ x
ε x 对应的应力。
式中： σ x 为压缩应变
密实化应变是表征泡沫材料压缩能力的重要参数，一般将最大吸能效率对应的应变定义为密实化
应变。图 7 给出了应变率为 0.005 s 时 EVA 泡沫材料的吸能效率，吸能效率随应变增大先提升后下降，
−1
[17]
ε d ：
图中吸能效率峰值对应的应变即为密实化应变
dη(ε)
= 0 (6)
dε
[18]
平台应力是表征泡沫材料抗冲击性能的重要评判指标，在密实化应变确定的情况下，平台应力 σ pl
可以表示为：
w
ε d
σ(ε)dε
σ pl = 0 (7)
ε d
最大比吸能是表征单位质量泡沫材料在密实化应变前能量吸收情况的重要参数，一般将材料弹性
[13]
S m ：
阶段、平台阶段所吸收的能量与试样质量之比定义为最大比吸能
w
ε d
Vσ(ε)dε
S m = 0 (8)
m 1

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