Page 188 - 《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

击能量），模拟实际冲击工况。核心目标是确定
不同构型纸蜂窝的动态破坏模式、能量吸收等
特性，并为包装结构设计中关键的产品脆值提供
实验数据支撑。
试验机由锤头、力传感器、速度传感器、砝 Weight box
码箱和砝码组成，如图 9 所示。其中，锤头、力
Force sensor
传感器和空砝码箱的总质量为 6.92 kg，砝码最大
Speed sensor
质量为 16.88 kg，锤的质量范围是 6.92～23.8 kg，
通过调整砝码个数，可以得到不同大小的落锤重
量 ， 本 试 验 分 别 选 用 5 种 质 量 的 落 锤 ， 分 别 为 Tup
6.92 kg（a）、10.68 kg（b）、15.68 kg（c）、20.72 kg（d）、 Testing platform
23.8 kg（e）。将 5 种质量的锤头于 350 mm 高度
释放，以 2.6 m/s 的速度冲击单层（1）、双层（2）与
三层（3）纸蜂窝，各工况如表 3 所示。将试验得 图 9 落锤冲击试验系统
到的力-时间曲线处理获得锤头加速度-时间曲 Fig. 9 Drop weight impact test system
线，然后经 2 次积分，第 1 次积分得到速度，第
表 3 冲击试验工况
2 次积分得到位移后，从获得力-位移曲线。
Table 3 Impact test conditions
不同工况下，蜂窝结构的冲击力-位移曲线
工况编号 冲击高度/mm 冲击能量/J
如图 10 所示。蜂窝结构在冲击荷载下表现出典
a-1 23.7
型的三段式响应特征，分别为弹性段、平台段和
a-2 350 23.7
强化段。蜂窝结构在受面外冲击时首先进入弹
a-3 23.7
性段，冲击力随变形呈线性增长；随后，蜂窝结构
b-1 36.6
进入平台段即结构发生塑性屈曲和压溃的阶段，
b-2 350 36.6
具体表现为应力在较大应变范围内保持相对稳
b-3 36.6
定或缓慢上升，应力在波动中逐渐升高，但整体
c-1 53.8
保持相对稳定的水平；最后，蜂窝结构进入致密
c-2 350 53.8
段即应力急剧上升的阶段，具体表现为结构被完
c-3 53.8
全压溃，单元间紧密接触，压缩应力在应变变化
d-1 71.1
很小的情况下急剧上升。
d-2 350 71.1
图 10(a) 中，3 种蜂窝受到 36.6 J 能量的落锤 d-3 71.1
冲击后，冲击力时程曲线经过第 1 个峰值后趋向 e-1
平缓，结构吸能能力未被完全耗尽，后续仍可通 e-2 350 81.6
过塑性变形等方式持续耗散冲击能量。 e-3 81.6
图 10(b) 中，当受到 53.8 J 能量冲击时，单层
蜂窝结构进入致密段，整体荷载峰值出现在致密段，为 4.718 kN，略高于弹性段荷载峰值 4.163 kN，结构
失去吸能能力；双层蜂窝结构进入平台段，整体荷载峰值出现在弹性段，为 4.981 kN，结构未进入致密段；
三层蜂窝结构进入平台段，整体荷载峰值出现在弹性段，为 5.885 kN，整体结构未进入致密段。
图 10(c) 中，当冲击能量提升至 71.1 J 时，单层和双层蜂窝结构均进入致密段，整体荷载峰值出现在
致密段，分别为 11.94 和 5.387 kN，高于各自的弹性段荷载峰值 4.098 和 5.374 kN；三层蜂窝结构整体荷载
峰值出现在弹性段，为 3.802 kN，结构未进入致密段。
图 10(d) 中，当冲击能量提升至 81.6 J 时，双层蜂窝结构整体荷载峰出现在弹性段，为 6.019 kN，高于
致密段荷载峰值，为 5.130 kN，结构进入致密段；三层蜂窝结构整体荷载峰值出现在弹性段，为 4.408 kN，
结构未进入致密段。

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