粮食贮运集装袋力学性能分析与研究

论文摘要

包装是粮食生产之后一个至关重要的环节。粮食运输包装采用集装袋,其容量大,装卸快,比常规麻袋包装提高工效十几倍。柔性集装袋是一种包装材料与提吊系统的结合体,是由聚烯烃塑料扁丝编织而成的柔性运输用包装容器,被广泛用于储运粒状粉末状物料。本文以底吊结构的方形集装袋为研究对象,研究集装袋的力学性能及其基材的抗老化性能,为粮食集装袋的选材及结构设计提供参考依据及理论基础。阐述了集装袋的类型、特点,分析了集装袋应用发展现状和当前存在的问题及其对策。介绍了集装袋的主要性能参数及其测试方法,测定分析了集装袋基材的基本力学性能,分析了生产工艺对基材力学性能的影响。基于集装袋不同的使用环境,通过老化试验对集装袋的老化行为进行研究,探讨了自然暴露和不同温度条件对集装袋性能的影响规律。结果表明,随着老化时间的增加,集装袋基布的抗拉强度、断裂伸长率不断下降。自然暴露对基材性能的影响最为显著,高温环境下次之,低温环境下最不显著。基布的抗老化性能与气候条件的变化密切相关,随着温度的升高、光照强度增强,基布老化加剧。基于灰色预测理论,对集装袋基材自然老化力学性能进行预测,预测结果具有良好的精度,可满足工程实际对塑料自然老化性能预测精度的要求,可缩短试验时间,节约试验费用。以方形柔性集装袋（底吊结构）为研究对象,从集装袋装卸过程中吊带的空间分布结构出发,应用位移法分析得到了单袋、双袋、四袋装卸时吊带的力学模型,通过模型可得集装袋在装卸过程中处于静态平衡和动态冲击时吊带承受的载荷大小。以实际工程中应用的方形粮食柔性集装袋为例,研究比较了不同装卸工况下吊带的承载性能,分析了提吊绳长度对吊带受力的影响,为集装袋吊带设计、选材提供了可靠的理论依据。从散体物料的物理力学特性出发,忽略集装袋的变形,以集装袋所受散体物料侧压力为突破口,研究得到不同袋形集装袋（内装物料）的应力公式,为集装袋设计、选材提供理论依据。为研究集装袋的跌落冲击特性,以缩小模型-圆形编织袋（内装大米）为试验对象,分析了其跌落冲击性能。结果表明,袋装大米从不同高度跌落时,随着跌落高度的增加,无论垂直方向还是水平方向,相同深度处的加速度峰值不断增加。在相同高度跌落下,随着深度的增加,无论垂直方向还是水平方向,加速度峰值都相应增加,而且到达各自峰值的时间均缩短,为研究集装袋的跌落冲击特性打下基础。基于上述研究,对方形集装袋结构进行了优化设计,包括尺寸设计、吊带长度设计以及吊带和围带结构分布设计。归纳得到了集装袋设计的原则及方法,简化了设计和试验程序,从而降低了包装费用和提高了设计效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状和发展动态
• 1.2.1 散体物料侧压力计算
• 1.2.2 集装袋力学性能研究
• 1.2.3 集装袋环境适应性研究
• 1.3 课题研究的目的和主要内容
• 1.3.1 课题研究的目的
• 1.3.2 课题研究的主要内容
• 第二章 柔性集装袋及其基本力学性能测定分析
• 2.1 集装袋及其储运特点
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 集装袋类型
• 2.1.3 集装袋特点
• 2.1.4 集装袋的使用
• 2.2 集装袋应用发展现状及对策
• 2.2.1 集装袋发展现状
• 2.2.2 存在的问题及其对策
• 2.3 集装袋基本力学性能测定分析
• 2.3.1 主要性能技术参数
• 2.3.2 材料及方法
• 2.3.3 结果与分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 集装袋老化力学性能试验研究及其灰色预测
• 3.1 企业生产现状
• 3.2 塑料老化试验方法
• 3.2.1 自然大气老化试验
• 3.2.2 人工加速老化试验
• 3.3 基于灰色理论的预测方法
• 3.3.1 GM（1，1）模型基本算法
• 3.3.2 变参数灰色模型
• 3.4 老化试验
• 3.4.1 材料
• 3.4.2 主要仪器设备
• 3.4.3 试验方法
• 3.5 结果与分析
• 3.5.1 外观变化
• 3.5.2 力学性能变化
• 3.5.3 集装袋老化机理
• 3.5.4 集装袋中添加抗老化剂（如UV 稳定剂）的意义
• 3.6 灰色预测
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于多袋装卸工况的集装袋吊带力学性能研究
• 4.1 装卸环境冲击特性分析
• 4.2 单袋与多袋装卸工况下吊带的力学模型
• 4.2.1 单袋装卸时吊带的力学模型
• 4.2.2 双袋装卸时吊带的力学模型
• 4.2.3 四袋装卸时吊带的力学模型
• 4.3 算例与分析
• 4.3.1 应用举例
• 4.3.2 提吊绳长度对吊带受力的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 集装袋应力分析
• 5.1 散体的物理力学特性
• 5.1.1 散体的物理特性
• 5.1.2 散体的力学特性
• 5.2 散体力学的计算模型
• 5.2.1 散体连续介质模型
• 5.2.2 粒状不连续介质模型
• 5.3 不同袋形集装袋应力理论分析
• 5.3.1 贮料侧压力计算的经典理论
• 5.3.2 侧压力计算理论研究
• 5.3.3 圆形集装袋静应力分析
• 5.3.4 方形集装袋静应力分析
• 5.3.5 算例与分析
• 5.3.6 集装袋跌落冲击应力分析
• 5.4 圆形袋装大米跌落冲击特性试验研究
• 5.4.1 材料与方法
• 5.4.2 结果与分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 方形集装袋设计
• 6.1 集装袋设计原则
• 6.2 方形集装袋结构优化设计
• 6.2.1 尺寸设计
• 6.2.2 吊带结构分布
• 6.2.3 吊带长度设计
• 6.2.4 围带结构分布
• 6.3 方形集装袋设计方法
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 论文主要工作及结论
• 7.2 课题创新点
• 7.3 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A：作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录B：符号表
• 附录C：集装袋老化试验数据表
• 附录D：集装袋基布与大米摩擦试验数据表