Page 189 - 《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

6 Single-layer honeycomb 6 Single-layer honeycomb
Double-layer honeycomb Double-layer honeycomb
5 Triple-layer honeycomb 5 Triple-layer honeycomb

Force/kN 4 3 Force/kN 4 3

2 2
1 1

0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25
Displacement/mm Displacement/mm
(a) 36.6 J (b) 53.8 J
12 7
Single-layer honeycomb Double-layer honeycomb
10 Double-layer honeycomb 6 Triple-layer honeycomb
Triple-layer honeycomb
8 5
Force/kN 6 Force/kN 4 3

4
2
2 1

0 5 10 15 20 25 30 35 0 5 10 15 20 25 30
Displacement/mm Displacement/mm
(c) 71.1 J (d) 81.6 J
图 10 不同能量冲击下结构力-位移对比
Fig. 10 Comparison of load-displacement responses under different impact energies

不同工况下纸蜂窝结构的冲击力-位移曲线表明，不同层数构型的纸蜂窝在不同冲击能量下的缓冲
能力有明显区别。当冲击能量较小时，蜂窝结构在冲击过程中的荷载峰值均出现在弹性段，由于单层蜂
窝结构的刚度更小，因此荷载峰值更低，缓冲性能更好；随着冲击能量的提高，单层蜂窝结构率先进入致
密段，当致密段荷载峰值超过弹性段荷载峰值后，结构冲击缓冲性能逐渐降低；而三层蜂窝结构在较大
冲击能量下仍未进入致密段，因此在大冲击能量下有更好的缓冲性能。由此可见，不同层数构型蜂窝结
构的缓冲性能与冲击能量密切相关。

2 纸蜂窝结构的冲击响应与吸能性能分析

2.1 蜂窝结构有限元计算模型
通过静压试验与冲击试验，只能获得不同构型蜂窝的整体受力情况，为了深入探究多层纸蜂窝结构
的吸能缓冲机理，并明确在相同厚度下不同层数对其吸能特性的影响，基于有限元软件 ABAQUS，构建
蜂窝结构的静压和冲击计算模型，进行系统的有限元分析。
首先，对纸蜂窝有限元模型进行了网格收敛性分析。图 11 显示了 4 个网格模型元件尺寸（2.50 mm×

2.50 mm、1.60 mm×1.60 mm、1.25 mm×1.25 mm 和 1.00 mm×1.00 mm）的有限元模型，在 25 J 冲击能量下
分别进行了冲击模拟。图 12 为在不同网格尺寸下的最大冲击力。综合计算精度与效率，网格尺寸采用
1.25 mm×1.25 mm。蜂窝面纸和芯纸使用 S4R 壳单元，钢板放样台和压头均为 C3D8R 实体单元，单层蜂
窝模型共 54 200 个单元，双层蜂窝模型共 60 600 个单元，三层蜂窝模型共 65 344 个单元。
在此模型（图 13）中，样台完全固定，蜂窝芯顶部与底部及上、下蜂窝面板绑定，接触采用通用接触

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