Page 193 - 《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

经过对变形图的观察，发现单层纸蜂窝的压缩变形过程可以分为 4 个阶段: 线弹性阶段、弹塑性阶
段、塑性坍塌阶段、密实化阶段 [24] 。
线弹性段：当单层蜂窝结构受到面外荷载压缩时，整体结构首先通过弹性应变耗散能量，表现为初
期的刚性响应。该阶段中，应力与应变成线性关系，当外力卸去后，纸蜂窝能够恢复到原来的形状。
弹塑性阶段：该阶段中，纸蜂窝的蜂窝孔壁屈曲失稳，随着应变的增大，应力与应变逐渐偏离线性关
系，开始出现非线性特征，且纸蜂窝的变形逐渐不可恢复，这是因为蜂窝胞壁的变形由局部的弹性坍塌
转化为以塑性铰为特征的塑性屈曲。
塑性坍塌阶段：面外荷载持续作用过程中，蜂窝芯壁的纤维间隙或初始缺陷可能导致局部失稳，结
构进入平台段，此时蜂窝壁发生塑性变形，通过塑性应变能耗散能量。此阶段中，应力-应变曲线出现平
台段，随着应变的增大，应力相对稳定，纸蜂窝的蜂窝孔壁开始持续坍塌。
密实化阶段：随着荷载进一步增大，当蜂窝壁板几乎完全坍塌，以至于相邻的纸蜂窝壁面相互接触
时，进一步的应变将导致蜂窝原纸本身发生压缩，最终使得应力迅速增大，失去吸能能力。
双层蜂窝结构试验与模拟的变形过程如图 19 所示。受到面外荷载作用下，因下层的 20 mm 蜂窝结
构的蜂格长细比大于上层 10 mm 蜂窝结构，20 mm 蜂窝经弹性段后，首先发生失稳，通过塑性变形吸能，
待该层蜂窝进入致密段后，面外荷载持续作用下，力值上升，10 mm 蜂窝再经历弹性变形后失稳，通过塑
性变形继续吸能，再共同进入整体结构致密段，结构的吸能能力丧失。

Test Simulation

A Stress/MPa 0.75
ε=0.06 Simulation
14.5 0.60
12.0 0.45
B 9.5 Compressive stress/MPa
ε=0.16 0.30 A C
8.5 B
6.0 0.15
C 2.5
ε=0.52 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0 Compressive strain
图 19 双层蜂窝变形的试验与模拟结果对比
Fig. 19 Comparison of test and simulated deformation modes
for double-layer honeycombs

三层纸蜂窝压缩过程如图 20 所示。面外荷载作用下，纸蜂窝整体处于线弹性阶段，首先，通过弹性
应变能耗散能量；随后，三层蜂窝逐个失稳，每一层蜂窝通过塑性应变能逐步吸能，直到最后一层蜂窝失
稳并进入致密段，结构最终无法继续吸能。

Test Simulation

A Stress/MPa
ε=0.31 0.5 Simulation
14.5 0.4
12.0 0.3
B 9.5 Compressive stress/MPa A C
ε=0.42 0.2 B
8.5
6.0 0.1
C 2.5
ε=0.52 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0 Compressive strain
图 20 三层蜂窝变形的试验与模拟结果对比
Fig. 20 Comparison of test and simulated deformation modes
for triple-layer honeycombs

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