Page 183 - 《爆炸与冲击》2026年第6期

第 46 卷 邓发杨，等： 多层纸蜂窝结构的冲击吸能机制及包装缓冲应用 第 6 期

impact loading, the triple-layer paper honeycomb does not enter the densification stage when subjected to an impact energy of
less than 81.6 J, whereas the force value of the single-layer paper honeycomb structure increases sharply under an impact
energy exceeding 53.8 J. These findings indicate that the multi-layer paper honeycomb structure possesses better energy
absorption characteristics under impact. Based on the fragility and the experimentally obtained buffering characteristics of the
multi-layer honeycomb structure, a reverse design method for structural packaging is developed and validated through finite
element modeling, confirming the effectiveness of the design approach. Compared with existing honeycomb packaging
structure design methods, this proposed approach demonstrates significantly higher efficiency and accuracy. It not only reduces
redundant design iterations, but also holds considerable promise for applications in cushioning packaging structure design and
other impact fields.
Keywords: multi-layer paper honeycomb structure; buffering characteristics; fragility; packaging design

随着全球污染加剧和环保意识觉醒，“低碳、循环、零塑”已从口号变为消费与供应链的重要要
求，人们对绿色包装材料的研发与运用愈发重视 [1-2] 。绿色包装是指从材料研发、结构设计、生产、使用
到再生循环，均以生态环境保护与资源能源节约为核心目标，对人类健康和生态环境的危害极小或基本
[3]
无害，并符合可持续发展理念的包装产品 。传统包装材料，如塑料、泡沫等，虽具备包装要求的轻质高
强的特点，但其因不可循环利用和环境污染问题备受争议，随着各国限塑令的颁布，运用空间更为狭窄，
而纸基包装材料凭借原料易得、生物相容性优、废弃后易回收且可完全自然降解等特性，已成为绿色包
[4]
装领域增长最快、产业化潜力最大的基材，近年来应用呈爆发式上升 。
目前广泛应用于包装领域的纸基材料有传统包装用纸及纸板材料、新型功能性纸基包装材料、纸
基复合包装材料和纸浆模塑包装材料等，其中包装用纸板材料分为瓦楞纸板和蜂窝纸板，在运输包装中
起到支撑和缓冲作用。比较同克重下的瓦楞纸板与蜂窝纸板，蜂窝纸板的抗压强度更为优秀，且蜂窝纸
板箱与同规格的瓦楞纸箱、木箱相比，在防震、抗压、保温、抗戳穿等性能方面更具优势，具有广阔的市
[5]
场前景 。
作为一种典型的二维点阵材料，蜂窝结构具有较高的比强度与比刚度，在轻质高强的材料需求场景
中表现出色 [6-7] ；同时，蜂窝结构的隔热性能优异，能够有效阻隔热量的传递；此外，其吸能性能也十分突
出，在受到冲击时能够吸收大量的能量，从而起到良好的缓冲保护作用 [8-9] 。正因如此，蜂窝结构被广泛
应用于航空航天、防护装备、汽车工业和包装领域。
针对蜂窝结构的力学性能与吸能机制，国内外学者进行了系统的研究。蜂窝结构作为一种典型的
多孔材料，因其优异的能量吸收和冲击缓解性能，已广泛应用于工程领域。
Pohl 等 [10] 通过压缩试验、剪切试验对蜂窝纸板和瓦楞纸板材料的压缩和剪切性能进行比较研究，
结果表明，在材料密度相同的情况下，六边形蜂窝纸板与瓦楞纸板相比较，具有较高的面外抗压强度和
承载能力。Zhao 等 [11] 发现，受惯性与应变率效应共同影响，蜂窝在不同加载速率区间内呈现不同的变
形序列与失效路径：低速时以准静态折叠为主，中高速则伴随宏观剪切带及局部密实化前移。相应地，
动载下的峰值应力和能量吸收均高于静载结果，表现出显著的率相关强化特征。除了试验表征外，还有
一些研究聚焦于运用数值模拟方法揭示蜂窝结构受到面内与面外冲击时，结构的变形与吸能模式。
Ruan 等 [12] 利用 ABAQUS 有限元模拟方法对六角形铝蜂窝的面内动态行为进行了研究，对观察得到的
3 种变形模式进行了总结，得到变形模式变化的临界速度的 2 个经验公式，根据壁厚与速度，推导出了高
冲击速度下平台应力的经验公式。Zhang 等 [13] 使用 ABAQUS Explicit 建立了铝蜂窝夹芯板在重复冲击
载荷下的三维弹塑性有限元模型，研究了铝蜂窝板在重复冲击载荷下的动态力学行为和能量吸收特
性。Lin 等 [14] 研究了纸蜂窝夹芯板在外部冲击下的动力响应，并通过试验和数值方法分析了蜂窝夹芯板
在不同冲击条件下的缓冲性能。
同样，针对蜂窝类的多孔结构的研究取得了显著进展，该结构凭借其轻质高强的特性具备极大的工

程价值。Guo 等 [15] 采用双拓扑结构的金属材料，通过优化应力分布和塑性性能，能够在大变形条件下提

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