王 軍 盧立新，2 王 軍，2

（1.江南大學(xué)包裝工程系，江蘇無錫，214122；2.國家輕工業(yè)包裝制品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心，江蘇無錫，214122）

蜂窩紙板作為一種結(jié)構(gòu)新穎、承載性能好、質(zhì)量輕且具有良好緩沖性能的綠色包裝材料受到工業(yè)界特別是包裝界的廣泛關(guān)注，并已應(yīng)用于包裝、建筑、農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域［1］。

目前，國外對(duì)金屬蜂窩材料研究較多。McFarland最早對(duì)六邊形金屬蜂窩體的軸向坍塌行為進(jìn)行研究［2］；Wierzbicki等對(duì)六邊形金屬蜂窩體進(jìn)行了更為細(xì)致的實(shí)驗(yàn)和理論研究，并對(duì)McFarland研究的壓縮機(jī)理進(jìn)行修正和完善，得出經(jīng)典金屬蜂窩材料的坍塌應(yīng)力模型［3-4］；在此基礎(chǔ)上，Zhang等對(duì)Nomex蜂窩材料屈服破壞機(jī)理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論探討［5］；Gibson等對(duì)六邊形金屬蜂窩體塑性屈服強(qiáng)度進(jìn)行簡化計(jì)算，揭示了蜂窩材料壓縮屈服強(qiáng)度要小于其拉伸屈服強(qiáng)度的規(guī)律［6］。

蜂窩紙板因其良好的緩沖與承載性能在諸多行業(yè)獲得較為廣泛的應(yīng)用。目前，國內(nèi)外對(duì)蜂窩紙板承載性能的研究尚處于實(shí)驗(yàn)階段［7-8］。理論方面，盧立新等運(yùn)用薄板理論，構(gòu)建了以黏結(jié)強(qiáng)度為控制的蜂窩紙板結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，并計(jì)算得出了蜂窩紙板的平壓臨界載荷［9］；王冬梅等對(duì)蜂窩紙板壓縮臨界應(yīng)力、平臺(tái)應(yīng)力及密實(shí)化應(yīng)變進(jìn)行了評(píng)估，得到了蜂窩紙板面外壓縮臨界應(yīng)力與蜂窩紙板相對(duì)密度之間的關(guān)系［10-12］，然而模型建立的基礎(chǔ)是基于單純的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合，缺乏機(jī)理性探索。

上述研究都是基于單一確定溫、濕度條件下的理論或?qū)嶒?yàn)結(jié)果，蜂窩紙板基本物理性能極易受環(huán)境濕度條件的影響，因此研究相對(duì)濕度變化對(duì)蜂窩紙板承載性能的影響十分重要，目前這方面的研究工作十分欠缺。

1 基礎(chǔ)理論

對(duì)式（1）進(jìn)行參數(shù)整理變換得：

式中，Es為蜂窩胞壁材料的固體模量。

Wierzbicki等通過進(jìn)一步研究金屬蜂窩孔角處附加塑性鉸的可匹配坍塌模式以及孔角處孔壁延伸量發(fā)現(xiàn)，六邊形蜂窩體的軸向平臺(tái)應(yīng)力與厚跨比（t/l）的5/3次方成比例［4］，而非McFarland模型的2次方比例關(guān)系，并得到均勻壁厚六邊形金屬蜂窩的塑性平臺(tái)應(yīng)力關(guān)系式：

對(duì)于2個(gè)孔壁厚度是其他4個(gè)孔壁厚度2倍的金屬六邊形孔穴，則：

上述模型是適合金屬蜂窩材料的，對(duì)于2個(gè)孔壁厚度是其他4個(gè)孔壁厚度2倍的六邊形蜂窩紙板，其平臺(tái)應(yīng)力可用如下模型表征：

式中，C為蜂窩紙板平臺(tái)應(yīng)力約束系數(shù)。式（5）綜合反映材質(zhì)、濕度、受載時(shí)間等因素對(duì)蜂窩紙板平臺(tái)應(yīng)力的影響。

管道安裝后進(jìn)行檢修工作是重要環(huán)節(jié)，也是必不可少的環(huán)節(jié)。為了能夠確保焊接的質(zhì)量，在焊接時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整焊接方案，從而保證焊接的質(zhì)量，提升焊接的效果。為此，檢修人員應(yīng)使用先進(jìn)的設(shè)備進(jìn)行檢修，如利用相機(jī)將焊接進(jìn)行拍照，并進(jìn)行分析和整理，將存在的缺陷繪制成文檔或PPT文件后，發(fā)送施工單位，從而避免后續(xù)焊接工作再出現(xiàn)類似的問題。對(duì)此，施工單位應(yīng)加大資金投入的力度，保證擁有足夠的資金引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)，從而保證焊接工作順利開展，提升焊接的工作效率，確保焊接的質(zhì)量，提升管道安裝的可靠性。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 材料

蜂窩紙板為青島某公司提供。

（1）4種蜂窩紙板規(guī)格為：200/110/200-30，200/120/200-30，200/150/200-30，200/170/200-30。蜂窩紙板面紙定量均為200g/m2的箱紙板，蜂窩紙芯為正六邊形，定量分別為110、120、150、170g/m2的瓦楞原紙，其胞壁邊長l均為8.5mm，蜂窩紙板的厚度均為30mm。

（2）7種蜂窩原紙定量為：110、120、150、170、200、280、420g/m2，對(duì)應(yīng)厚度分別為0.225、0.246、0.257、0.275、0.260、0.313、0.526mm。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

將蜂窩原紙?jiān)嚇釉跍囟染鶠椋?3±2）℃、相對(duì)濕度分別為50％、65％、80％、90％下預(yù)處理24h后，測(cè)量不同相對(duì)濕度下蜂窩原紙的屈服強(qiáng)度，試樣尺寸為125.0mm×12.7mm，電子材料實(shí)驗(yàn)機(jī)的拉伸標(biāo)距是65mm，應(yīng)變速率為（1±0.5）mm/min，進(jìn)行10次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，取平均值。每個(gè)試樣從恒溫恒濕箱（THS-AOC-100AS）取出后5min內(nèi)完成測(cè)試。

對(duì)預(yù)處理后（方法同蜂窩原紙）的蜂窩紙板參照GB/T 1453—2005［13］進(jìn)行靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)，每個(gè)試樣從恒溫恒濕箱取出后5min內(nèi)完成測(cè)試，對(duì)蜂窩紙板施加恒定軸向加載速度（12±3）mm/min，試樣尺寸100mm×100mm，每個(gè)試樣進(jìn)行5次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

3 結(jié)果與討論

3.1 基于相對(duì)濕度的蜂窩原紙縱向屈服強(qiáng)度

對(duì)經(jīng)過預(yù)處理的蜂窩原紙進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，測(cè)試并計(jì)算4個(gè)相對(duì)濕度條件下蜂窩原紙的縱向屈服強(qiáng)度，結(jié)果見表1。結(jié)果表明，蜂窩原紙縱向屈服強(qiáng)度隨相對(duì)濕度的增大而減小，且隨相對(duì)濕度的增大，其屈服強(qiáng)度的下降幅度不斷增大。

表1 不同相對(duì)濕度下蜂窩原紙的縱向屈服強(qiáng)度

3.2 相對(duì)濕度與蜂窩原紙縱向屈服強(qiáng)度變化率的關(guān)系表征

將7種定量蜂窩原紙縱向屈服強(qiáng)度隨相對(duì)濕度的變化率進(jìn)行指數(shù)方程擬合，得到：

式中，RH為相對(duì)濕度，RH≥50％；α為蜂窩原紙縱向屈服強(qiáng)度隨濕度的變化率，％；R2=0.9676。

模型預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比情況見圖1。

圖1 相對(duì)濕度對(duì)蜂窩原紙縱向屈服強(qiáng)度的影響

3.3 相對(duì)濕度影響的蜂窩紙板平臺(tái)應(yīng)力模型

基于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境（23℃，相對(duì)濕度50％）條件下不同規(guī)格蜂窩紙板實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（見表2），對(duì)式（5）進(jìn)行參數(shù)方程擬合，得到參數(shù)C=8.795，進(jìn)而得到蜂窩紙板平臺(tái)應(yīng)力模型：

式中，σys0為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境（23℃，相對(duì)濕度50％）條件下的蜂窩原紙縱向屈服強(qiáng)度；R2=0.9751。

表2 標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下不同規(guī)格蜂窩紙板測(cè)試結(jié)果

模型值與實(shí)測(cè)值對(duì)比結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同t/l下蜂窩紙板平臺(tái)應(yīng)力的變化

將標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下的蜂窩原紙縱向屈服強(qiáng)度σys0作為基準(zhǔn)值，可以認(rèn)為相對(duì)濕度主要影響的是式（5）中的模型參數(shù)C。為此將式（6）和式（7）聯(lián)立，得到考慮相對(duì)濕度影響的蜂窩紙板平臺(tái)應(yīng)力模型：

即：

將4種相對(duì)濕度條件下的4種規(guī)格蜂窩紙板平臺(tái)應(yīng)力實(shí)驗(yàn)值與式（9）預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比（見圖3）。結(jié)果表明，4種規(guī)格蜂窩紙板的平均誤差分別為3.03％、3.75％、3.85％、3.77％，實(shí)驗(yàn)值與理論值吻合度高，模型適用性較好。

圖3 考慮相對(duì)濕度影響的蜂窩紙板平臺(tái)應(yīng)力模型預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值的比較

4 結(jié)論

4.1 基于Wierzbicki的六邊形金屬蜂窩平臺(tái)應(yīng)力模型，建立蜂窩紙板的平臺(tái)應(yīng)力評(píng)估模型。

4.2 對(duì)4個(gè)相對(duì)濕度（相對(duì)濕度50％、65％、80％、90％）條件下蜂窩原紙的縱向屈服強(qiáng)度σys進(jìn)行測(cè)試，得到了相對(duì)濕度對(duì)蜂窩原紙縱向屈服強(qiáng)度影響的規(guī)律并用模型表征。

4.3 通過實(shí)驗(yàn)研究及分析推算，驗(yàn)證了金屬蜂窩板平臺(tái)應(yīng)力模型能很好地適用于蜂窩紙板；考慮相對(duì)濕度后，利用理論模型得到的理論值與實(shí)驗(yàn)值也有較高的吻合度，模型適用性較好。

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