模拟运输振动工况下瓦楞纸箱动态性能的研究

论文摘要

瓦楞纸箱包装件在运输过程中会受到来自运输工具的振动激励,当振动激励的频率接近瓦楞纸箱的固有频率时,可能会使位于堆码底层的瓦楞纸箱承受几倍于堆码载荷的动态载荷,进而导致瓦楞纸箱压溃失效。基于此种考虑,本文建立的瓦楞纸箱的非线性振动模型,通过一系列的试验验证模型的可靠性,并研究了振动疲劳对瓦楞纸箱各方面性能的影响,在这些研究的基础上提出了考虑振动影响的瓦楞纸箱设计方法。通过静态和动态压缩试验对三种不同尺寸的0201型瓦楞纸箱的力学特性进行了研究,建立了较为通用的瓦楞纸箱三次非线性振动模型和振动方程。并利用谐波平衡法求得了瓦楞纸箱三次非线性振动方程的近似解析解,通过与数值解的比较验证了近似解析解的准确性,进而推出了瓦楞纸箱非线性振动的频响函数。通过静态压缩试验、定频振动试验和扫频振动试验对瓦楞纸箱三次非线性振动方程的可靠性进行了试验验证,在此过程中确定了一种可行的识别瓦楞纸箱非线性振动方程参数的方法。并结合非线性振动理论,在与线性振动进行对比的基础上,对瓦楞纸箱的非线性振动特性进行了分析,表明瓦楞纸箱的共振频率和最大传递随着振动幅值和非线性系数的增大而增大,随阻尼系数的增大而减小。将不同的运输振动条件用一定强度不同时间的定频振动试验代替,研究了疲劳振动对瓦楞纸箱各方面性能的影响,具体性能包括瓦楞纸箱的高度、抗压强度、静力学参数（弹性系数、非线性系数）和动力学参数（共振频率和最大动态载荷）。经过疲劳振动,瓦楞纸箱的高度都略有下降但降低的不明显;抗压强度都有不同程度的增加,根据纸箱形状的不同增长幅度有所差异,最大增幅14%左右;共振频率有所增加,但都集中在20-40Hz之间;最大动态载荷随疲劳振动的变化不明显。并在传统的瓦楞纸箱设计方法的基础上,在纸箱强度校核阶段考虑振动的影响,提出了一种新的设计方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外的研究概况
• 1.2.1 瓦楞纸箱包装件力学特性和振动特性的研究
• 1.2.2 疲劳振动对瓦楞纸箱影响的研究
• 1.3 本课题研究目的和主要内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 主要研究内容
• 第二章 瓦楞纸箱非线性振动模型建立和求解
• 2.1 瓦楞纸箱的特点及分类
• 2.2 瓦楞纸箱的非线性力学特性
• 2.2.1 瓦楞纸箱非线性力学特性的试验研究
• 2.2.2 瓦楞纸箱力学模型的建立
• 2.2.3 瓦楞纸箱振动模型的建立
• 2.3 瓦楞纸箱非线性振动方程的求解
• 2.3.1 非线性振动方程的求解方法
• 2.3.2 瓦楞纸箱非线性振动方程的求解
• 2.4 本章小结
• 第三章 瓦楞纸箱非线性振动模型的分析与试验验证
• 3.1 非线性振动的特点
• 3.2 瓦楞纸箱非线性振动模型参数识别方法
• 3.2.1 幅频曲线非线性拟合
• 3.2.2 解超定方程组法
• 3.3 瓦楞纸箱非线性振动模型验证
• 3.3.1 试验材料
• 3.3.2 试验主要仪器
• 3.3.3 试验方案
• 3.3.4 试验结果分析
• 3.4 瓦楞纸箱非线性振动特性分析
• 3.4.1 激励振幅对瓦楞纸箱振动特性的影响
• 3.4.2 非线性系数对瓦楞纸箱振动特性的影响
• 3.4.3 阻尼系数对瓦楞纸箱振动特性的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 瓦楞纸箱疲劳振动试验研究
• 4.1 瓦楞纸箱疲劳振动研究的目的
• 4.2 瓦楞纸箱疲劳振动试验的设计
• 4.2.1 试验材料及主要设备
• 4.2.2 试验方案
• 4.3 瓦楞纸箱疲劳振动试验结果分析
• 4.3.1 疲劳振动对瓦楞纸箱高度的影响
• 4.3.2 疲劳振动对瓦楞纸箱抗压强度的影响
• 4.3.3 疲劳振动对瓦楞纸箱静态力学特性的影响
• 4.3.4 疲劳振动对瓦楞纸箱动态特性的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 考虑振动影响的瓦楞纸箱设计
• 5.1 传统瓦楞纸箱设计
• 5.1.1 设计方法
• 5.1.2 传统设计存在的不足之处
• 5.2 考虑振动影响的瓦楞纸箱设计方法
• 5.2.1 瓦楞纸箱最大堆码载荷和运输振动条件的确定
• 5.2.2 瓦楞纸箱的动态特性的试验测定
• 5.2.3 考虑振动影响的纸箱强度校核计算
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 论文完成的工作
• 6.2 论文的创新点
• 6.3 论文的不足之处
• 6.4 未来工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录A：瓦楞纸箱静压、扫频和定频振动试验结果
• 附录B：瓦楞纸箱疲劳振动前后的高度
• 附录C：瓦楞纸箱经过不同时间疲劳振动后的抗压强度
• 附录D：瓦楞纸箱经过不同时间疲劳振动后的力—变形曲线
• 附录E：瓦楞纸箱经过不同时间疲劳振动后的静力学特性参数
• 附录F：瓦楞纸箱经过不同时间疲劳振动后的动态特性参数