蜂窝厚度对纸蜂窝/聚乙烯泡沫复合层状结构的动态缓冲吸能特性的影响

针对纸蜂窝与聚乙烯泡沫的2种复合层状结构的缓冲防护作用,研究分析在不同跌落冲击条件下蜂窝厚度对其加速度响应、压缩变形和缓冲吸能特性的影响规律。在静态压缩中一层蜂窝对应一个应力波峰,而跌落冲击动态压缩中较大厚度蜂窝会出现次坍塌行为导致的小应力波峰,蜂窝厚度的增加能够提高聚乙烯泡沫及其复合层状结构的抗冲击能力。对于厚度为10、15、20、25 mm的纸蜂窝与聚乙烯泡沫的复合层状结构,在低冲击能量作用下蜂窝厚度的增加降低了缓冲吸能特性,而在高冲击能量作用下蜂窝厚度的增加能提高能量吸收能力。但是,大厚度70 mm纸蜂窝与聚乙烯泡沫的复合层状结构的缓冲吸能效果相对较差。对于相同的蜂窝厚度情况,在相同的冲击质量或冲击能量作用下,单面复合层状结构的应变能、比吸能和行程利用率相比双面复合层状结构分别提高了11.5 %、39.1 %和16.2 %,缓冲吸能效果更好。     

纸瓦楞管的轴向准静态缓冲吸能特性研究

对4种正多边形纸瓦楞管进行了轴向准静态压缩实验,计算出缓冲吸能特性参数,分析了管方向、横截面形状、管长、压缩速率对纸瓦楞管的失效模式与缓冲吸能特性的影响。结果发现,X向纸瓦楞管仅发生手风琴变形模式,而Y向纸瓦楞管发生稳态渐进屈曲、欧拉失稳、角撕裂、横向剪切4种变形模式。对于Y向纸瓦楞管,正多边形横截面边数的变化对纸瓦楞管的缓冲吸能特性影响明显,压缩速率为12 mm/min和48 mm/min时,正三边形管和正五边形管的比吸能和单位面积吸能较高;当管长为150 mm或压缩速率为72 mm/min时,均会导致Y向纸瓦楞管的非理想变形模式占比增大,缓冲吸能特性降低。X向纸瓦楞管的变形模式更稳定可控,而Y向纸瓦楞管的缓冲吸能特性更优良。     

纸瓦楞-蜂窝复合夹层结构的跌落冲击缓冲性能研究

针对纸瓦楞与纸蜂窝的复合夹层结构在跌落冲击动态压缩条件下的缓冲防护性能,研究了纸蜂窝厚度对单面、双面复合形式的冲击加速度响应、变形特征和缓冲吸能特性的影响规律。结果表明,瓦楞夹层先压溃,其次是蜂窝夹层,而且较大的蜂窝厚度会引起纸蜂窝芯层的次坍塌行为。在相同冲击质量或冲击能量条件下,同一蜂窝厚度的单面复合夹层结构的单位体积吸能、比吸能和行程利用率较双面复合结构分别增加了7.94%、28.34%和8.47%,但总吸能较于双面复合结构降低了16.12%,单面复合夹层结构的缓冲吸能特性优于双面复合夹层结构,而双面复合夹层结构的抗冲击性能优于单面复合夹层结构。对于纸蜂窝厚度10 mm、15 mm、20 mm和25 mm的复合夹层结构,低冲击能量作用下蜂窝厚度的增加降低了结构的缓冲吸能特性,高冲击能量作用下蜂窝厚度的增加提高能量吸收能力。纸蜂窝厚度10 mm、15 mm、20 mm和25 mm的复合夹层结构的比吸能、单位体积吸能和行程利用率是蜂窝厚度70 mm的复合夹层结构的1倍～3倍,较低厚度的纸蜂窝更有利于复合夹层结构的缓冲吸能。