Page 194 - 《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

综上，结合试验与模拟的对比，可以很直观发现，三层纸蜂窝平台段期间会出现两处力值大幅上升
后下降的现象，因为三层蜂窝逐层屈曲，发生渐进压溃；且三层蜂窝结构的静压吸能远高于双层和单层
纸蜂窝，静压吸能与压缩过程中形成的塑性铰个数紧密关联。观察试验与模拟的塑性铰个数（图 21）可
知，单层蜂窝在压缩时，最外侧蜂格的塑性铰个数较少，吸能不充分；而三层蜂窝结构的塑性铰个数最
多，蜂窝芯折叠吸能也较为充分。

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图 21 压缩过程中塑性铰个数对比
Fig. 21 Comparison of the numbers of plastic hinges formed during compression

2.3.2 冲击响应分析
观察试验的力-位移曲线和模拟的变形图（图 22），可以发现，当纸蜂窝结构在足够能量的动态冲击
下，同样存在整体变形-致密化过程，可分为“线弹性→应力平台→致密”三阶段。

A Stress/MPa

t=0.4 ms
3.0 Simulation
12.0 2.5
10.0 2.0
B
t=9.0 ms 8.0 Force/kN 1.5
5.0 1.0
3.0 0.5
C
t=12.5 ms 1.5
0 3 6 9 12 15 18
0 Time/ms

图 22 纸蜂窝结构的冲击变形图
Fig. 22 Morphologies of honeycomb during impact

以单层 30 mm 纸蜂窝在受到 23.7 J 能量的冲击下变形为例，变形主要经历了初始线性弹性阶段、应
力平台和渐进压溃阶段，如图 22 所示。
(1) 初始线性弹性阶段（t=0～0.7 ms）。蜂窝壁首先发生弹性屈曲，载荷-位移曲线近似线性上升。由
于对应的应变率为中等应变率，其弹性段峰值应力显著高于准静态试验值 [25] 。该阶段结束时，蜂窝整体
应变较小，内部开始出现局部面外屈曲波。
(2) 应力平台与渐进压溃阶段（t=1～10 ms）。随着屈曲波沿蜂窝高度方向传播，胞壁开始发生塑性
铰折叠；载荷曲线出现明显的平台段，平台应力约为初始峰值应力的 30%～40%。在此阶段，纸蜂窝持续
吸收冲击动能，且压缩位移增大的同时，载荷几乎不变。当位移达到一定值时，蜂窝壁折叠层开始相互
接触，孔隙率迅速降低，结构即将进入致密段。

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