Page 186 - 《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

1.2.3 多次加载的影响
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图 11 给出了不同压缩应变下典型 EVA 泡沫材料（密度为 130 kg/m ）在 4 次连续循环加载下的应力-
应变曲线。从图中可以看出，连续加载对材料的力学性能产生了显著影响：在首次加载时，材料表现出
较高的强度和较大的应力-应变包络面积，而在后续加载中，材料强度有所降低。值得注意的是，加载次
数并未改变材料的应力峰值，且在第 2～4 次加载过程中，材料的强度趋于稳定，未发生显著变化，这一
规律在不同压缩应变水平下均得到了体现。泡沫材料在多次加载下的能量吸收特性与其独特的聚合物
分子链结构密切相关，当泡沫材料受到外力作用时，聚合物分子链会被拉伸或压缩，能量通过分子链的
弹性形变进行吸收和转化 [25] 。随着加载的持续，材料会进入一个较为稳定的形变状态，但因为分子链的
弹性，能量会在材料内部持续分布和耗散。图 12 进一步分析了该工况下 EVA 泡沫材料的能量吸收特
性，与首次加载相比，后续 3 次加载的能量吸收值有所降低，但第 2～4 次加载的能量吸收值基本保持一
致。这表明，在连续加载条件下，EVA 泡沫材料的能量吸收能力会逐渐趋于稳定，这一特性为其在动态
冲击防护中的实际应用提供了重要依据。

0.8 0.18
ε=0.2
ε=0.4 ε=0.2
0.6 ε=0.6 0.14 ε=0.4
ε=0.6
Stress/MPa 0.4 Energy absorption per unit volume/(MJ·m −3 ) 0.10

0.2 0.06

0 0.02
0.2 0.4 0.6 0 1 2 3 4
Strain Loading times

图 11 连续加载下 EVA 应力-应变曲线 图 12 连续加载下 EVA 吸收能量
Fig. 11 Stress-strain curve of EVA Fig. 12 Energy absorption of EVA
under continuous loading under continuous loadings

图 13 给出了不同应变下 EVA 泡沫材料在 3 次非连续加载下的应力-应变曲线，加载时间间隔为 3 h。
从图中可以看出，在非连续加载条件下，材料的峰应力随加载次数的增加而逐渐提高，且峰应力的提高
量与加载应变水平呈正相关，即应变越高，峰应力的提升幅度越大，该现象产生的原因与聚合物泡沫材
料的分子链取向排列有关 [26] ，这种分子尺度的有序化重构显著提升了材料抵抗后续变形的能力，具体表
现为循环加载过程中峰应力的阶梯式增长。值得注意的是，这种应变诱导的强化效应与金属塑性硬化
现象具有一定的相似性。此外，在低应变下，材料的应力-应变曲线基本重合，表明材料具有优异的回弹
特性，能够在较低应力条件下缓慢恢复形变，并保持原有的力学特性。图 14 进一步研究了该工况下
EVA 泡沫材料的能量吸收特性，非连续加载下，材料的能量吸收值较为稳定。与连续加载不同，非连续
加载下，外力施加的时间较短，材料的形变通常不如连续加载下的持久，分子链的恢复速度相对较快，使
得材料的能量吸收能力在每次加、卸载间得到一定的恢复，因此吸收的能量更多。
胞孔结构是影响 EVA 泡沫材料在多次加载下能量吸收性能的另一重要因素 [27-28] ，通过扫描电子显
微镜对实验前后试样进行扫描，图 15 给出了密度为 130 kg/m 的 3 EVA 泡沫材料在实验前后的内部细观
结构变化，实验前胞孔形状呈规则的椭圆形，胞孔在试样内部分布均匀；加载后试样的胞孔形状、数量和
位置均发生了显著变化。图 16 呈现了多次加载下，密度为 130 kg/m 的 3 EVA 泡沫材料的单胞从完好到
−1
破坏的 4 个阶段，加载应变率为 0.005 s 。经过单次加载后，大多数胞孔的胞壁出现裂缝，部分胞孔发生
破坏，胞孔间的界限变得模糊。宏观上，表现为单次加载导致试样的屈服强度降低，吸收能量减少。经
过多次加载后，胞壁上的裂纹逐渐扩展，裂纹在胞孔间形成孔隙通道，使得原本独立的胞孔互相贯通。

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