Page 186 - 《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

表 2 纸张力学性能参数
Table 2 Mechanical properties of paper materials
类型 定量/(g·m ) 弹性模量/MPa 泊松比 断裂强度/MPa
−2
蜂窝芯纸 120 798.707 0.32 12.58
蜂窝面纸 160 2 525.670 0.31 33.18
注：定量即为克重，定量=厚度×密度。

1.3 纸蜂窝结构准静态压缩试验
为了揭示不同构型的蜂窝在静载下的压缩变形过程和吸能能力，为实际应用提供数据支持，对 3 种

构型蜂窝进行准静态压缩试验。试验使用的仪
器 为 电 子 万 能 材 料 试 验 机 ， 本 试 验 基 于 G B / T
8168—2008《包装用缓冲材料静态压缩试验方 Load cell
法 》 ， 试 验 装 置 如 图 6 所 示 ， 加 载 速 率 为 Compression platen
10 mm/min，记录各个结构的力-位移数据，每种
构型的蜂窝在相同工况下重复试验了 3 次，如
Camera Light source
图 7 所示。
通过试验可以直观发现，3 种构型的 30 mm
纸蜂窝中，三层纸蜂窝的吸能最多，具有最高的
平台段，在整体结构进入致密段之前，出现 2 次 图 6 压缩试验的装置
平台段上升的现象；双层纸蜂窝的吸能居中，平 Fig. 6 Setup for the compression test

台段较三层纸蜂窝更低，出现 1 次平台段上升的 Single-layer 1 Triple-layer 1
现象；单层纸蜂窝的吸能最少，平台段较低，其平 4 000 Single-layer 2 Triple-layer 2
Single-layer 3 Triple-layer 3
台段最平稳。 Double-layer 1
3 000
为了进一步分析不同构型蜂窝结构的吸能 Double-layer 2
特性，本文选取有效吸能、能量吸收效率和缓冲 Force/N 2 000 Double-layer 3
系数这 3 个指标评价纸蜂窝结构在准静态压缩
试验中的缓冲吸能特性。 1 000
缓冲系数（C ） [22] 是单位变形能对应的最大
i
应力，描述材料吸能时的强弱程度：数值越小，材 0 5 10 15 20 25
料在吸收同样能量时产生的峰值应力越低，保护 Displacement/mm
效 果 越 好 。 针 对 准 静 态 压 缩 下 的 应 力 - 应 变 曲 图 7 不同蜂窝结构的力-位移曲线
线，求各应力区段的变形能增量，即计算各区域 Fig. 7 Load-displacement curves of different honeycomb structures
的面积 ΔU ：
i
1
∆U i = (σ i +σ i−1 )(ε i −ε i−1 ) (1)
2
i
∑
U i = ∆U k (2)
k=1
(3)
C i = σ i /U i
式中：ɛ i− 1 和ɛ 为计算区域的始末应变值，σ i− 1 和 σ 为应变所对应的始末应力值，U 为累计变形能，C 为
i
i
i
i
σ 对应的缓冲系数。
i
有效吸能（E ）是在结构被沿厚度方向压缩时，其载荷-位移曲线在达到密实化 [13] 之前所围成的面
A
积，即结构通过塑性变形储存并耗散的全部能量：
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