组合式纸浆模塑结构的缓冲性能及其计算机模拟

论文摘要

纸浆模塑制品是一种典型的绿色包装产品,可以节省资源、保护生态环境、降低废弃物回收再生费用、符合国际包装的发展趋势。但是,目前国内纸浆模塑缓冲衬垫的结构设计仍属起步阶段,纸模行业内尚未有一套完整、可行的纸浆模塑缓冲衬垫设计方法。并且,纸模生产企业要得到衬垫的缓冲性能只能采用实物试验,试验费用较高,周期较长,而且难以获得包装件的完整响应过程。本课题对纸浆模塑衬垫的组合结构进行了分析,以上下扣合式和翻折式两种组合式结构为例,对其缓冲性能进行了试验研究和计算机仿真。主要研究成果如下: (1)利用层合壳弯曲有限元法对组合结构的力学性能进行了初步探讨,得到了特定组合式结构受力后任一点的位移及应力、应变。(2)组合式纸浆模塑制品的缓冲特性与单个结构的缓冲性能有关,是相互叠加各个结构缓冲性能的综合表现。与单层纸浆模塑制品相比,组合式结构的整个变形过程是内层和外层变形的相继进行,能量的消耗也由内外两部分来共同承担,提高了结构所能承受的极限载荷,且能避免单层结构的过早破坏。(3)将计算机仿真的方法应用于纸浆模塑衬垫缓冲性能的分析,首先对影响模拟结果的因素进行了讨论,然后在模拟环境下进行了组合式衬垫的静态承载和动态跌落试验。通过对模拟结果的分析,表明采用的计算机仿真模型是可行的,模拟结果也进一步验证了组合结构的缓冲效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 纸浆模塑制品简介
• 1.2 纸浆模塑制品在工业产品上的应用
• 1.3 本课题研究的重要性及必要性
• 1.4 课题相关研究现状及存在的主要问题
• 1.4.1 国内外研究现状
• 1.4.2 存在的主要问题
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 第二章 纸浆模塑制品的组合结构及其缓冲机理
• 2.1 纸浆模塑制品的主要结构形式
• 2.2 纸浆模塑制品的组合结构形式
• 2.3 组合结构的缓冲机理研究
• 2.4 组合结构的力学性能研究
• 2.4.1 薄壳理论简介
• 2.4.2 壳体弯曲的有限元法
• 2.4.3 层合壳弯曲有限元法
• 2.5 本章小结
• 第三章 纸浆模塑组合结构的缓冲性能试验研究
• 3.1 典型单元结构的静态压缩试验
• 3.1.1 试验材料及方法
• 3.1.2 试验结果与分析
• 3.2 组合衬垫的静态压缩试验
• 3.2.1 试验材料及方法
• 3.2.2 试验结果与分析
• 3.3 组合衬垫的跌落试验
• 3.3.1 纸浆模塑衬垫结构设计
• 3.3.2 跌落试验
• 3.3.3 试验结果与分析
• 3.4 单个与组合结构的缓冲性能比较
• 3.4.1 应力—应变曲线计算
• 3.4.2 缓冲性能比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 组合衬垫缓冲性能的计算机模拟
• 4.1 有限单元法及ANSYS 软件简介
• 4.1.1 有限单元法简介
• 4.1.2 ANSYS 软件简介
• 4.2 纸浆模塑材料的力学模型研究
• 4.2.1 典型材料基本力学性能的测试
• 4.2.2 建立材料力学模型
• 4.3 典型单元结构的静态缓冲性能模拟
• 4.3.1 ANSYS 有限元模拟
• 4.3.2 模拟结果的影响因素分析
• 4.4 组合衬垫的静态缓冲性能模拟
• 4.4.1 有限元模型建立及求解
• 4.4.2 模拟结果分析
• 4.5 组合衬垫的动态跌落仿真
• 4.5.1 ANSYS/LS-DYNA 软件简介
• 4.5.2 建立跌落仿真有限元模型
• 4.5.3 设置跌落仿真环境及相关参数
• 4.5.4 仿真结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 研究总结
• 5.2 创新点
• 5.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及完成的工作
• 附录1 Σ-Ε曲线转化为C-Σ曲线的MATLAB 程序
• 附录2 材料模型参数识别SAS 回归分析程序