现场发泡材料缓冲性能分析及包装结构优化设计

论文摘要

本文将现场发泡材料用于缓冲包装,将缓冲包装动力学理论应用到缓冲包装优化设计中,并采用有限元技术模拟了现场发泡包装件的跌落过程,研究了现场发泡材料对产品的缓冲保护作用。首先介绍了现场发泡包装的优点和成型方法,并分别采用压缩实验法、力学模型解析法和微观结构模拟法对现场发泡材料缓冲性能进行了研究。结果表明现场发泡材料具有较好的缓冲性能,随着材料发泡化学原料灌注量(以下简称PFL值)的增大,材料的内应力和吸收的能量也随之增大,PFL值较大的能够承受更大的载荷。本文根据跌落冲击缓冲包装理论,拟定了缓冲包装设计优化方程。使用Delphi程序设计软件编辑了一套缓冲包装结构优化设计程序系统,以适应各种产品的缓冲包装设计。为了研究不同PFL值的现场发泡材料对产品发生跌落时的缓冲保护性能的影响,本文进行了全部缓冲包装件跌落模拟。结果发现,随着材料的PFL值的增加,产品跌落达到的最大加速度和内应力减小。最后以卫生洁具为例,使用本文缓冲包装优化系统设计了该产品的缓冲衬垫。为了验证此缓冲包装设计是否能够达到良好的缓冲效果,对采用局部包装的卫生洁具包装件分别进行了面、边、角跌落模拟。面跌落情况下地面对产品产生的冲击最大,达到的最大加速度值也最大;跌落过程中产生的动能基本被缓冲衬垫所吸收,从而减小了地面对内装产品的冲击;不同跌落方向下产品最大加速度值均低于本身脆值。对水箱包装件的实物跌落测试证实了设计的现场发泡缓冲包装的有效性和跌落模拟的准确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 缓冲包装材料应用现状
• 1.3 多孔缓冲材料微观结构的研究历史与现状
• 1.3.1 多孔材料典型结构
• 1.3.2 多孔材料的结构参数
• 1.3.3 多孔材料力学模型的理论研究进展
• 1.4 缓冲包装结构设计国内外现状
• 1.4.1 缓冲包装设计的研究背景
• 1.4.2 缓冲包装设计国内外现状
• 1.5 缓冲包装跌落模拟研究现状
• 1.6 本文研究内容
• 第二章 缓冲包装及有限元理论基础
• 2.1 多孔缓冲材料应力应变曲线特征
• 2.2 跌落冲击缓冲包装理论
• 2.2.1 脆值
• 2.2.2 缓冲包装设计的步骤
• 2.3 有限元方法FEM简介
• 2.3.1 静力有限元和动力有限元
• 2.3.2 常用有限元单元描述
• 2.3.3 有限元分析软件FEME、LS-DYNA简介
• 2.4 本章小结
• 第三章 现场发泡材料缓冲性能研究及微观结构模拟
• 3.1 现场发泡包装简述
• 3.1.1 现场发泡包装优点
• 3.1.2 现场发泡包装成型方法
• 3.1.3 现场发泡包装的应用实例
• 3.2 现场发泡材料的压缩实验
• 3.2.1 试样准备
• 3.2.2 实验步骤
• 3.2.3 实验结果
• 3.2.4 结果分析
• 3.3 现场发泡材料的微观结构力学解析模型
• 3.3.1 现场发泡材料的微观结构
• 3.3.2 微观结构力学解析模型
• 3.3.3 解析模型计算结果
• 3.4 现场发泡材料微观结构变形的有限元模拟
• 3.4.1 建模、设定边界条件
• 3.4.2 模型A～E的压缩过程模拟图
• 3.4.3 规则蜂窝模型与不规则蜂窝模型的比较
• 3.4.4 模拟结果与实验测量结果的比较
• 3.4.5 PFL值对模型压缩时缓冲性能的影响
• 3.4.6 压缩速度对模型压缩过程的影响
• 3.4.7 实验法、解析法、模拟法的弹性模量的比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 现场发泡缓冲包装结构优化设计
• 4.1 缓冲衬垫厚度的确定
• 4.2 缓冲衬垫面积的计算公式
• 4.3 校核条件
• 4.3.1 包装件跌落冲击的强度条件
• 4.3.2 挠度校核
• 4.3.3 角跌落校核
• 4.3.4 触底校核
• 4.4 优化设计流程
• 4.4.1 确定设计变量
• 4.4.2 目标函数
• 4.4.3 约束条件
• 4.4.4 现场发泡包装优化设计流程图
• 4.5 缓冲包装设计优化程序系统
• 4.6 本章小结
• 第五章 卫生洁具的现场发泡包装结构设计及跌落模拟
• 5.1 卫生洁具产品信息
• 5.2 现场发泡材料的PFL值对卫生洁具产品跌落冲击的影响
• 5.2.1 卫生洁具几何模型和有限元模型
• 5.2.2 全部缓冲包装后卫生洁具跌落模拟结果
• 5.2.3 现场发泡材料的PFL值的优选结果
• 5.3 卫生洁具的现场发泡局部缓冲包装设计
• 5.3.1 马桶缓冲包装设计
• 5.3.2 水箱缓冲包装设计
• 5.4 无缓冲包装的卫生洁具跌落有限元模拟
• 5.5 现场发泡包装保护的卫生洁具跌落有限元模拟
• 5.5.1 包装件跌落模拟顺序
• 5.5.2 卫生洁具包装件的有限元模拟
• 5.5.3 卫生洁具包装件面、边、角跌落模拟应力应变分布图
• 5.5.4 缓冲衬垫吸收能量与包装件动能比较
• 5.5.5 不同跌落形式下包装件的最大加速度比较
• 5.6 本章小结
• 第六章 现场发泡缓冲衬垫制作和包装跌落测试实验
• 6.1 卫生洁具的现场发泡缓冲衬垫制作
• 6.2 跌落试验测试设备
• 6.3 水箱包装件实体跌落实验结果
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 学位论文评阅及答辩情况表