鄺賢鋒1、緩沖材料的非線性的特征一、緩沖效率在緩沖材料受沖擊作用時，如果不考慮機械能損耗，則全部沖擊能量都轉化為緩沖材料的變形能。不同的緩沖材料的彈性不同，對沖擊能量的吸收也不同。在保證作用到產(chǎn)品上的破壞力小于產(chǎn)品的易損值時，單位體積緩沖材料吸收能量越大的，所需材料越小。線彈性階段壓實強化階段平臺塑性階段曲線與橫坐標所夾的面積：緩沖材料的變形能對于線性材料，F(xiàn)=kx，彈性系數(shù)k=F/x＝常數(shù)。對于非線性的緩沖材料，k不是常數(shù)。壓縮應力與應變曲線或本構方程可以采用Rusch或Avalle等擬合公式來表示：σ為壓縮應力（kPa）；ε為應變；A、E、B為與關于材料密度ρ的函數(shù)；m、n為冪常數(shù)，確定曲線的走勢，與材料密度無關。實際上，跌落情況下緩沖材料的本構方程，遠比靜態(tài)壓縮情況復雜，還與初始應力變化率、應變率、跌落次數(shù)、粘彈塑性特征、加載速度等參數(shù)有關。A為材料屈服應力；E為材料初始彈性模量；B為材料強化系數(shù)；2、緩沖材料組合結構的彈性系數(shù)當在同一包裝箱中采用兩種以上緩沖材料時，其組合的彈性系數(shù)與組合結構有關。兩種緩沖材料組成的并聯(lián)結構①當微小變形時，各彈性系數(shù)可視為線性的，則組合緩沖材料的彈性系數(shù)為

其中，E1、E2為各自緩沖材料的彈性模量

A1、A2為相應的面積，總面積A＝A1+A2α，β為兩種緩沖材料占總面積的比例。②如果兩種緩沖材料都是非線性材料：將兩條曲線之間的垂直距離按面積比例分割，便可得到組合曲線。調(diào)整面積比例，便可改變組合彈性系數(shù)。兩種緩沖材料組成的串聯(lián)結構線性材料組合時：α、β為兩種緩沖材料厚度占總厚度t的比例1/k=1/k1+1/k2

將兩條曲線之間的水平距離按厚度比例分割，便可得到組合曲線。調(diào)整厚度比例，便可改變組合彈性系數(shù)。非線性材料組合時：緩沖材料的變形能3、緩沖材料的緩沖效率m=1與n=3的緩沖材料的變形能：

單位厚度吸收的變形能為E/t，此值與外力F之比定義為該緩沖材料的緩沖效率。實際上，緩沖材料在變形時，最大形變不會超過材料的變形極限db。假設超過這個極限，緩沖材料就會失去彈性。因此每單位變形吸收的能量為：E/db，所以：理想緩沖效率為

顯然η＜ρ，對于確定的緩沖材料，db

是一個與材料的結構尺寸無關的常量，即η與ρ成正比，它們從吸收沖擊能的角度反映了緩沖材料的緩沖性能。為了減少緩沖材料用量，必須選用緩沖效率高的緩沖材料，并使變形接近其極限值。1、定義緩沖效率不能直接應用在具體的設計過程中，一般用緩沖效率的倒數(shù)，稱之為緩沖系數(shù)C。設計緩沖包裝時，應選擇緩沖系數(shù)較小的緩沖材料，以便減少緩沖材料的用量。緩沖系數(shù)C與F、t、Ec等三個參數(shù)有關，對于不同的緩沖材料有不同的緩沖系數(shù)，通常需通過試驗測定。根據(jù)實驗方法的不同，有靜態(tài)緩沖系數(shù)和動態(tài)緩沖系數(shù)之分。二、緩沖系數(shù)2、靜態(tài)緩沖系數(shù)當質(zhì)量為m的包裝件從h高度處跌落時，忽略機械損耗等次要因素，可以認為全部的勢能mgh均轉化為緩沖材料的變形能，有：其中稱為單位體積緩沖材料的變形能。只有比值σm/E0與緩沖材料的緩沖性能和結構尺寸有關定義為靜態(tài)緩沖系數(shù)C=σm/E0

。靜態(tài)緩沖系數(shù)可利用材料壓縮試驗機進行測定。對試樣加壓速度極慢，近似于靜載。連續(xù)測量試樣的應變與應力。根據(jù)應力－應變曲線，經(jīng)數(shù)值積分求得變形能后可算出相應的緩沖系數(shù)。

3、動態(tài)緩沖系數(shù)考慮到包裝件在流通過程中，往往受到強烈的沖撞和跌落，緩沖材料的形變速度很大，如從60cm高度跌落沖擊，形變速度為3.4m/s，是靜態(tài)試驗速度的1.7萬倍。采用對緩沖材料樣品進行沖擊作用的方法（動態(tài)試驗），所取得的數(shù)據(jù)更符合實際的實用狀態(tài)。在沖擊試驗機上進行，重量為W的重錘從高度H處落下沖擊緩沖材料，使材料發(fā)生壓縮形變，重錘上裝有一個加速度傳感器，測出沖擊時發(fā)生在重錘上的沖擊加速度的最大值Gm。當緩沖材料受力面積A、厚度T、跌落高度H以及材料種類都一定的情況下，只