串联缓冲结构压缩响应虚拟质量分析

　　为保持物流过程中商品的完整性，需要实施缓冲包装．缓冲结构的承载变形吸收能量，达到缓冲减震保护商品的效果．用量最大的缓冲材料为吸能性优良的发泡聚苯乙烯［１］、发泡聚乙烯［２－３］等发泡塑料．因为发泡塑料具有不可降解性，降解性良好的的蜂窝纸板［４－５］和瓦楞纸板［６－１０］等纸质材料开始受到关注．在文献［１－１０］的相应研究中，只限于单一缓冲材料的力学行为．缓冲结构的性态研究，还未见相关的报道．包装材料串联应用能够有效集合不同材料的优势，提高包装单元的综合防护性能，因此，研究缓冲材料串联理论，具有重要的意义．

    本文基于发泡聚乙烯和ＥＢＥ瓦楞纸板的静态本构模型，引入虚拟质量，并用Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ法计算瓦楞纸板与发泡聚乙烯串联结构的压缩影响．通过与试验数据的对比分析，验证了该新方法的正确性．最后，分析了串联顺序与数量对应力－应变曲线的影响规律，为包装缓冲优化设计提供了一种新的理论方法．

    １　发泡聚乙烯与瓦楞纸板的应力－应变曲线

    １．１　实验材料和方法

    试验材料为发泡聚乙烯和瓦楞纸板．瓦楞纸板的型号为ＥＢＥ三瓦楞纸板，Ｅ与Ｂ代表瓦楞的大小．２种试样面积均取为１００ｍｍ×１００ｍｍ，厚度ｈ分别为４１．０和６．１ｍｍ．

    按ＩＳＯ２２３３：２０００标准预处理试样，试验环境温度为２３±０．３℃，相对湿度为５３±２％．

    实验取３块样本，对每个样本测试１．数据采集系统保存每次实验力－位移数据，然后数据被转化成应力－应变数据，对３次实验数据进行平均，即得到缓冲材料静态应力－应变数据．

    １．２　发泡聚乙烯与ＥＢＥ瓦楞纸板模型

    鉴于发泡聚乙烯和瓦楞纸板材料结构的非均匀性和各向异性，其应力视为名义应力，即

σ（ｔ）＝Ｆ（ｔ）／Ａ．（１）

    式中：σ（ｔ）为名义应力，Ｆ（ｔ）为平压力．

    则名义应变为

ε（ｔ）＝ｘ（ｔ）／ｈ．（２）

    式中：ｘ（ｔ）为压缩变形量．

    在万能材料试验机上进行如图１所示的压缩试验，得到的应力－应变曲线见图２．

    在图２中，发泡聚乙烯受压时的应力随应变的增加而单调上升．而ＥＢＥ瓦楞纸板的应力－应变曲线比较复杂，具有以下特征：

    １）在压缩过程中出现３个应力峰值．