包装容器结构设计毕业论文.doc

包装容器结构设计毕业论文目录第一章绪论.1圣1.1商品包装概述.1圣1.1.1关于包装的若干知识.1怪1.1.2包装的演化与发展 .3圣1.2包装工程与包装结构设计.5圣1.2.1包装工程.5圣1.2.2包装容器结构设计.6圣1.3玻璃容器与瓦楞纸板 .7虽1.3.1玻璃包装.7虽1.3.2瓦楞纸板.9互1.4本文的主要工作.n第二章.包装容器冲击理论与试验.12圣2.1冲击经典理论.12圣2.1.1冲击易损度.12荟2.1.2损坏边界曲线.巧荟2.2.试验方法测定易损度.，.16圣2.2.1冲击试验机法.16圣2.2.2缓冲衬垫法.19第三章.啤酒瓶跌落仿真应力分析 .22虽3.1研究工况.22荟3.2建模与计算参数.22圣3.3跌落仿真计算.24虽3.3.1垂直跌落计算 .24圣3.3.2斜跌落计算.，.27圣3.4分析和讨论.，.28圣3.4.1强度分析.2S圣3.4.2.应力时间规律 .29第四章.瓦楞纸板防护下的啤酒瓶跌落分析.33圣4.1瓦楞纸板.33圣4.2.研究工况二，.，.33圣4.3建模与计算参数 .33华士学位论文(2007)圣4.4.跌落仿真计算.34圣4.4.1垂直跌落计算.34圣4.4.2.平跌落计算.39圣4.5分析和讨论 .44圣4.5.1强度分析.44荟4.5.2应力时间规律.45第五章.瓶身结构分析.49圣5.1玻璃容器的结构强度分析 .49圣5.2啤酒瓶的瓶身设计.50圣5.2.1瓶肩结构.51圣5.2.2瓶底的结构.55第六章.贮液容器流固藕合模态分析.59芬6.1流固祸合.59圣6.1.1流固祸合简介.59圣6.1.2含液容器的流固藕合问题.60圣6.1.3流固祸合模型.60圣6.1.4流固藕合展望.，.61圣6.2模态分析.、.61圣6.2.1模态分析理论.62圣 6.2.2ANSYS模态分析.63圣6.3分析实例.64圣6.3.1建模与计算参数.64虽6.3.2模态计算 .64圣6.3.3规律分析.67第七章.总结与展望.6s圣7.1总结.68圣7.2展望 .69参考文献.70致谢.72第一章.绪论圣1.1商品包装概述在我们生活的世界，商品包装无处不在，随着现代社会经济的发展，包装工业已成为全球第七大支柱产业，包装的形式、功能日趋多样化，因此把包装放在一个全新的视野中分析，汇集相关领域的科技成果，提升包装业综合服务功能，将是国民经济跨越式发展中一项很有价值的事业。互1.1.1关于包装的若干知识一包装的定义“包装(PACK卫呵G)”一词十分频繁的见诸日常生活中，现今的理解和使用中，有“广义”包装和“狭义”包装两类。“广义”包装把它对人们文化生活，包括在人们的精神生活领域等抽象事物及艺术修饰都纳入“包装”的范畴。我们对“广义”包装解释为:“包装是人类意识与物质完美结合的产物，它是人类思想意识转移到物质上的媒介，是物质在人类社会流通过程中的载体，是人类有目的的对某一事物进行技术和艺术上的修饰，使被修饰的事物具有一定的自然功能和社会效果的活动”。所谓“狭义”的包装，是通过对物品技术和工艺的处理，实现便于运输、贮存和流通目的的方法l。各国对于包装的定义表述上虽有所不同，但涵义大体上是一致的。1.美国包装协会:包装是为产品的运出和销售的准备行为。2.英国规格协会:包装是为货物的运输和销售所做的艺术、科学和技术上的准备工作。3.加拿大包装协会:包装是将产品由供应者送到顾客或消费者，而能保持产品完好状态的工具。4.日本工业标准:包装是为了全球物品输送及保管，并维护商品的价值、保持其状态，而用适当的材料或容器对物品所施之技术及其实施后的状态。.我国国家标准中对包装的定义是:“为在流通中保护产品、方便储运、促进销售，按一定的技术方法并利用某种材料及辅助物而制成的容器的总体名称。二.包装的分类按照主要功能、商品种类、包装材料等，包装有不同的分类。1.按包装的主要功能，可分为:运输包装一以保护物品安全流通、方便储运为主要目的的包装;销售包装一伴随着产品一起销售，最终到达消费者手中的包装，小到火柴、烟酒等小包装，大到冰箱、洗衣机等包装;2.从包装制品的质地上划分分为软包装、硬包装、半硬包装和复合包装。3.从包装的形态结构上可以分为大包装、中包装和小包装。小包装是直接接触商品的第一级包装，中包装是将若干个单个商品组合成一个新的包装整体，大包装是在商品小包装或中包装外面再增加一层包装，有时也称为运输包装或外包装，主要是保护商品在流通过程中的安全，达到易于装卸、运输和保管的目的。图1一1选示了几种包装型式。4、从包装材料上分为金属制品一主要有罐、筒、箱、盒、管等类型，有良好的延展性、不透水性，加工过程中也不易损坏，缺点就是容易受到化学品的腐蚀。陶瓷制品一是人类使用最早的包装制品之一，主要以粘土、长石、石英等为原料，经过工艺处理后烧制形成的一类容器的总称，具有化学性质稳定、不透光、不变形等特点，在化学工业与食品工业中经常作为包装容器，缺点是脆性大、耐冲击性差。玻璃制品一玻璃化学性质稳定，具有良好的透明度，清洁美观，密封性好，是食品工业、化学工业、医疗卫生行业等常用的包装容器。塑料包装一塑料进入包装领域时间并不长，是较新型的包装材料，具有成本低廉、可塑性强、造型美观大方等特点，缺点就是一般的塑料包装不容易降解，对环境会造成破坏。纸制品一纸制品包装是包装材料中用途最为广泛的一种，它的特点是制造工艺简单，易于携带，特别是纸制品被加工成瓦楞纸箱后，使其具有了较强的耐压性和耐戳穿性。三.包装的功能包装的主要功能为保护、方便和促销。1.保护性，这是包装制品最基本的功能，包装担负着商品被安全送到商店后能够销售的重要任务，被包装物品具有各种各样的质地和形态，在流通过程中要经历冲击、腐蚀等不同程度的损毁，如何使商品保持完好，使损失降到最低是包装选材与结构设计的理论依据。2.方便性，包括便于存储和被不同交通工具运转和装卸，很重要的还有为商品用户提供各种使用的便利。3.促销性，带有更多的理工与人文艺术结合特点，作为商品的“服装”，心理感观性功能将有传达商品信息、凸现其品位、引导消费意念等作用，成为所包装商品品牌、水平以及使用方法指导的直接载体。夸1.1.2包装的演化与发展纵观包装发展的历史，大致可以分为以下4个阶段:每浙江大学硕士学位论文(2007)第一阶段:简单包装(原始人类产生到18世纪末)，这个阶段的包装物主要是手工制成，包装过程简单，一般采用边销售边包装的方式。第二阶段:近代外包装阶段(18世纪末到20世纪初)，是现代包装的萌芽阶段，特点是机械化的包装制造取代了手工制造，包装物在数量和质量上都有了很大的提高，这时包装的作用只停留在实现其使用价值上，包装也仅仅是为了保存或运输商品，并没有从消费者心理出发。第三阶段:现代复合包装(20世纪初到20世纪末)，这个阶段出现了包装之内又有包装，大包、中包和小包复合在一起的情况，包装工业飞速发展，包装产品丰富多彩，将商业信息、美观与实用融合在了一起。第四阶段:绿色包装，这一阶段人们意识到了发展和保护环境，包装和环境关系的重要性，包装工业更应担负起环保的责任，特别是可持续发展被确定为人类社会的主题后，充分有效的对传统包装制品进行回收并开发新型的绿色可替代包装材料，成为刻不容缓的问题，因而，绿色包装开始蓬勃发展。我国包装工业起步晚，改革开放之前没有形成一个良好的市场竞争机制，随着改革开放步伐的加快，在全社会的关注和市场经济的促进下，我国包装工业得到较快的发展，仅从1995一2000年的5年里，国内包装工业年平均增长率为14.57%，其行业增长速度高出同期国民经济平均增长率约6个百分点，但是目前我国包装工业与发达国家相比还有一定的差距【，主要表现在:1.包装专业人才缺乏，包装行业从业人员，特别是专业人才缺乏，企业主要技术人员总体水平不高。2.包装产品质量与发达国家差距较大，无论是包装机械还是包装制品，总体质量上与发达国家比还有较大的差距，主要表现在:生产效率低、能耗高、稳定性差、产品设计原始、造型落后、外观粗糙。国产包装机械的基础配件和配套器械质量差，使用寿命短，直接影响包装机械的使用寿命。3.科研力度不够，资金投入不足，全国大中型包装工业企业中，拥有技术开发机构的少，行业技术装备水平低。财力投入不足，科技力量薄弱，从而导致技术设备发展更新速度缓慢，包装制品的生产品种单一，质量、性能、数量还不能满足市场发展需要，包装企业规模小，经营管理落后，资源综合利用率低，难以和国际同类企业竞争。匆浙江大学硕士学位论文(2007)4.包装基础材料缺口大，在包装制品生产制造中的基础材料十分缺乏，包装材料在种类、数量、规格、质量上，还不能适应快速发展的市场经济需求，一些节能、省源、性能优良的绿色包装材料巫待开发。有些材料还依赖进口。据统计，目前我国每年进口的包装用纸、纸板和马口铁，约占国内用量的25%左右。5.包装工业发展不平衡，东西部发展差距大，其中，东部沿海地区包装产品市场趋于饱和，造成一部分包装制品加工能力过剩、设备闲置，企业亏损现象比较普遍，企业之间形成成本竟争态势，中西部地区许多包装产品仍有空白，市场处于萌芽阶段。圣1.2包装工程与包装结构设计圣1.2.1包装工程包装工程作为一门系统科学，由许多相互直接或间接联系的子系统组成，为简化起见，可以把包装工程看成由包装设计、包装材料和包装机械三个大的子系统组成，包装工程的内容涵盖了包装设计、包装材料和容器、包装机械、包装印刷、包装测试、包装技术(防震缓冲、防潮、防霉、防锈、防菌、防虫、保鲜、防静电、防辐射、装饰性和适用性技术等)、包装生产、包装营销、包装管理等领域的原理和方法。在它们各自的运行中，同时有赖于诸如计算机、光电子、材料科学以及众多自然与社会科学的重要支撑。当代，人们越来越认识到科学技术、经济和社会三者共同发展的重要性，经济发展是目标也是基础，科学技术是龙头也是关键，社会进步既是目标又是条件。经济发展给科技和社会进步提供了基础，同时必须顾及社会和谐与环境保护。包装重要的保护功能已扩展为保护产品、保护人和保护环境三个基本内容，包装工程发展了，就能促进包装工业与时俱进，构建与环境相容性的和谐发展。包装工程是一门自然科学、社会科学融合的科学，这有利于吸收其他科学与工程长期积累起来的经验、方法和成果。至今包装工程已形成了一个独立的工程科学领域，随着科学技术、经济、社会的进步，包装界的共同努力将推动包装工程进一步的发展与完善2。、匆浙江大学硕士学位论文(2007)夸1.2.2包装容器结构设计包装结构设计、包装造型设计和包装装演设计是包装设计内更深层次的子系统，根据不同的包装材料，不同包装容器的成型方式，以及包装容器的各个部分对于结构要求的不同，对包装内外构造进行的设计，称为包装结构设计。包装结构设计应遵循以下特点3:1.容装性包装能够可靠的容装所规定的内装物数量。2.保护性包装能保证内装物经过一系列装卸、运输、仓储、陈列、销售，避免消费者在有效期限内启用时被破坏。3.美观性包装结构应体现美观要求。4.方便性包装结构必须要方便装填、方便运输、方便装卸、方便使用、方便处理等。包装容器结构设计是包装设计系统中一个重要环节，一般过程如图1一2所示，可以分为四个阶段l:第一阶段，设计条件分析明确包装环境条件、流通条件、市场条件，明确设计的要求，了解包装材料、容器类型和现有的生产条件，对被包装产品的类别、物态、特性等进行分析。第二阶段，方案设计确定设计参数，设计容器造型方案，通过对比，在多种结构设计方案中确定最佳的设计方案。第三阶段，详细的结构设计对结构进行强度、刚度和稳定性的分析计算，选定材料、确定技术要求，绘出图纸，编制说明书和有关技术文件。第四阶段，优化设计阶段根据样品试验、使用、鉴定及市场反馈等出现的问题，对结构进行技术处理，保证质量。图1一2显示了包装容器结构设计的一般过程。夸1.3玻璃容器与瓦楞纸板结合本文重点研究的对象一贮液容器的冲击应力规律，以及在有外部缓冲防护条件下的冲击激励响应，本节对玻璃容器和最常用的缓冲包装材料瓦楞纸板作简要论述。夸1.3.1玻璃包装玻璃包装在商品包装中占有重要地位。从发现玻璃至今己有3000多年的历史，玻璃以其优良的性能成为液体包装的主要用材。玻璃容器的主要特点包括:1.玻璃的广泛使用，首先得益于其物美价廉，具有良好的透明度，易于着色印刷，原料来源广，工艺成熟。2.常温下玻璃保质性能良好，而且具有高阻隔性，容器密封后不漏水，可有效保护商品不受环境的侵蚀匆浙江大学硕士学位论文(2007)3.玻璃的理化性质良好，玻璃在制造过程中，加入助剂等特殊处理后，就会具有优于其他包装材料的特殊性能，主要体现在以下几个方面:(l)热稳定性，玻璃在急剧的温度变化下完好无损、不破碎、不开裂的性能，玻璃的热稳定性取决于它的化学成分，如果玻璃中金属氧化物的含量增高，它的脆性就会增加，热稳定性就差，相反如果二氧化硅的含量相对提高，它的热稳定性就变好。(2)化学稳定性，玻璃中碱性氧化物和二氧化硅的含量决定了玻璃的耐酸、耐碱、耐盐的化学性质，实践证明，金属氧化物含量高，玻璃的化学稳定性差，相反如果二氧化硅的含量高，玻璃化学稳定性就好。(3)拉伸强度，常用的玻璃的抗压强度一般在60一160MPa之间，不同的玻璃具有不同的拉伸强度。(4)脆性，脆性是指玻璃的耐冲击强度，也就是指玻璃在外力的作用下，超过自身承受极限时的被破坏性，在玻璃生产工艺中，玻璃的脆性常常通过淬火工艺解决，通过淬火处理的玻璃，可提高拉伸强度5一7倍。常见的玻璃种类:玻璃是一种无机物，主要有石英砂、石灰石、烧碱等材料，在高温下熔融后迅速冷却形成的透明的或是非结晶状的物体，它主要的化学成分是二氧化硅(5102)，常见的有以下几种:1.钠玻璃，也称平板玻璃，主要成分是5102十Na20+CaO+A12O。，钠玻璃适合大批量生产，是日常生活中用途最广的玻璃之一。2.铅玻璃，主要成分是5102+Na20+PbO，具有明净、晶亮的特点，适用于高级光学器械及许多精密仪器，也可用于荧光灯外壳、电视机显像管等。3.硼砂玻璃，主要成分是5102+NaZO+BZo。+A12O。，这种玻璃具有低膨胀性和耐高温的热冲击性，适用于保温瓶和耐热的器皿。4.钢化玻璃，将普通玻璃加热软化后，进行完全退火冷却处理后制成，提高了玻璃的内应力。5.石英玻璃，采用5102纯度高的天然石英砂熔化制成石英玻璃，适用于制作光学仪器的透镜、棱镜之类的镜头。匆浙江大学硕士学位论文2007)图1一3所示为各种各样的玻璃容器。一认赫滋目幽翻的自的图1一3.各种各样的玻璃容器圣1.3.2瓦楞纸板瓦楞纸板主要用于制作运输包装件的外层包装箱，至少由两层纸板夹持一层波纹形瓦楞纸组成，它的作用之一:造成了内部70%以上的空间，合纸板相比，刚度的提高，厚度增加两倍以上，当纸板平面内瓦楞方向承压时，与相同定量层由于截面抗弯使压缩强度主要由于失稳临界载荷的增大而大大提高;作用二:瓦楞具有很好的弹性，它和面、里纸联合作用，使纸板横向具有优异的减震缓冲性能和较大的平压强度，因而瓦楞纸箱各向异性的承载特点在商品流通的静、动态危害防护中得到了充分的发挥ts1。瓦楞纸板中瓦楞芯纸的波形和形式直接关系到纸板的力学性能、组合方式、制板原料以及生产工艺也是瓦楞纸板强度的重要影响因素。一楞形和楞型1.瓦楞楞形有V型、U型和UV型三种，V型平压强度大，缓冲性能较差，芯纸和粘合剂用量少，U型楞富有弹性，但平压强度稍低，粘合面较大，UV型的圆弧半径介于U型和V型之间，兼顾了两者的优点，应用最多。2.楞型，一般按瓦楞大小(用楞高和瓦楞分布密度表示)分A、B、C、E四种楞型。外包装采用A、B、C型，中包装常用B、E型，小包装用E型，同一楞匆浙江大学硕士学位论文(2007型的楞形可以不同，我国标准规定所有楞型都采用UV型瓦楞，下表是不同楞型的一些参数。A型:楞高而宽，缓冲性能好，瓦楞方向抗压强度大，适合包装重量轻或易碎品B型:楞低而密，平压强度大，缓冲性能中等，表面平整有利于印刷。C型:楞高和楞密度介于A、B之间，性能接近A型。由于其厚度小于A型，从经济性考虑，在一般商品包装中采用较多。E型:瓦楞纸板厚度更小，表面光滑，具有良好的印刷效果和切口开槽性能二.瓦楞纸板的种类瓦楞纸板按材料的层数分为以下几种:1.单面瓦楞纸板:不适合制作瓦楞纸箱，适合作为缓冲或固定材料。2.双面瓦楞纸板:又称单瓦楞纸板3.双芯双面瓦楞纸板:又称双瓦楞纸板，结构上可采用不同楞型的组合，其中B/A、B/C、C/A组合方式最为常用，外层着重耐破、抗冲击性和印刷性，内层提供充分的缓冲防护和面内抗压强度，使纸箱能兼有良好的综合性能。4.三芯双面瓦楞纸板:又称三瓦楞纸板，亦可采用B/A/A、C/A/A和B从了B等组合，显然其防护功能有进一步提高，能替代木箱用于某些重型产品包装。三.瓦楞纸板的发展趋势瓦楞纸板在包装领域的主角地位已经确立，当代世界对商品包装急速增长的需求，及化工、机械、印刷、力学和材料学等的飞速发展，更会加速瓦楞纸板的发展，主要包括以下方面:1.材料:造纸原料的拓展(用各种草质纸浆制出具有木制纸浆的纸产品质量)、新型材料的开发(各种纸基复合新材料的开发)以及再生回收技术的研究。2.设计:强度、缓冲研究的进展和成果转化，计算机在包装结构设计中的应用孕浙江大学硕士学位论文(2007)将会大大更新设计方法。2.生产:提高生产效率和产品质量，另外质量检测的标准化也将使国内外的包装生产和使用更加接轨。夸1.4本文的主要工作在这篇以包装动力学原理为基础，计算机仿真技术为途径的工程研究性论文中，作者主要工作开展在以下方面:1.在查阅文献基础上，简述了商品包装的若干概念，回顾了包装的演化与产业发展;论述包装容器在流通环节中最常见力学过程一跌落冲击及其基本理论，为论文研究的进展作出知识、概念上准备。2.以贮液玻璃容器(啤酒瓶)为对象，重点进行空瓶、贮酒两种状态下，垂直跌落、斜跌落、水平跌落工况下的应力仿真计算。在解决了用ANSYS有限元软件求解应力仿真中若干技术问题之后，获取容器强度及其应力时间规律的一系列成果。3.结合真实流通环境，将仿真分析拓展到容器外部有瓦楞纸板外包装防护的工况，分析缓冲防护对容器应力状态改善的重要规律。4.以玻璃瓶为例，分别计算了最易在跌落中发生破坏的瓶肩和瓶底的应力场，比较不同形状的瓶肩和瓶底的跌落冲击应力分布规律，为结构优化设计准则的形成提供了依据。5.对于贮液容器中十分复杂的流固祸合问题，论文中也作了新的探讨，为进一步在容器优化设计中的应用提供重要参考。孕浙江大学硕士学位论文(2007第二章.包装容器冲击理论与试验圣2.1冲击经典理论所谓的冲击是指机械结构系统在受到瞬态外部激励时其力、位移、速度或加速度发生急剧变化的现象，它的特点是加速度在短时间内(一般为20ms)迅速增大，然后在极短的时间内迅速减小。冲击现象引起的冲击力或冲击加速度的大小取决于跌落高度、包装件的重量、包装缓冲结构以及地面反弹等因素。夸2.1.1冲击易损度喘，吼，Gs和q虱代表着包装件承受的最大冲击载荷与其本身重量的比值，一般以输入最大加速度和重力加速度的比值来表示;G，为关键零件上的最大响应加速度，输入的冲击激励和输出的响应加速度、二、专。、。*。_氏可用放大率刀联系起来，刀=任巴吼乓为包装件中关键零件受动态荷载条件下不发生损伤或失效时可能承受的最大加速度值，这是产品中某一结构的极限加速度值，关键零件上最大响应加速度吼一旦超过乓值，就会发生包装件的破损现象6。从这个意义上讲，可以把叹作为产品的冲击易损度，但作为整体产品而言，只有当喘达到一个临界值q条件下，即喘全q时，才能反映氏全q，所以在实际应用时常把G。作为产品易损度的大小来表达，因此在不特别指明示，产品的冲击易损度都是指叹7J。下面是喘的推导过程勿浙江大学硕士学位论文(2007考虑到二战期间雷达真空管在流通过程中的破坏情况，Mindlin提出了简化的包装结构系统模型8l，此模型包括四个基本元件:产品、易损零件、缓冲垫和外包装容器，如图2一1所示:图2一1.Mindiin包装件模型为简便起见，建立下列假设:假设m。mZ，m，mZ，即忽略了外包装箱和易损零件的质量及其作用2.假设缓冲垫没有质量也没有阻尼，而且不因冲击产生永久变形3.假设产品一包装系统碰撞在完全是刚性的地板上Mindhn包装模型属于一个有两个自由度的结构系统，如图2一2所示互2.1.2损坏边界曲线包装件的抗冲击能力不仅与能承受的最大加速度值有关，还与冲击激励的时间或速度增量有关，表征冲击激励的三个参数:加速度、作用时间、速度增量，速度增量等于加速度一时间曲线下的面积，因而可以用三个参数中的两个来表征冲击激励，通常采用加速度和速度增量来表征9。破损边界曲线是以加速度幅值为纵坐标，以速度增量为横坐标的一条平面曲线，矩形脉冲载荷下形成的破损边界曲线如图2一3所示，圣2.2.试验法方法测定易损度夸2.2.1冲击试验机法产品冲击易损度试验中，试验机释放试件，使其自由跌落而产生预定的冲击，冲击速度可以调节，最大跌落高度可达到1500，测试系统由加速度传感器、信号放大器和显示记录器等组成。试验过程大致如下:1.试验前的准备工作(l)试验样品的固定产品受到冲击时，冲击力作用点不同，测试效果差别也很大，不同冲击方向上具有不同的易损度，因而试验样品安装方式或固定方式会影响产品易损度大小，试件在试验台上的固定须与实际情况相一致。支撑夹具要有一定的刚性，使传递到试件的脉冲不失真，支撑夹具一般有铝合金、硬塑料或硬木制成，作用是防止试件在冲击时跳离冲击台，一般将支撑夹具压在试件顶部、刚性较好或面积较大的部位，但不应对试件产生预应力。(2)传感器的固定传感器的固定位置会影响到测试结果的精度，一般情况下，加速度传感器应牢固的安装在产品基础部位或夹具上，如果支撑夹具本身有很好的刚性，那么加速度传感器也可以装在台面上。2.试验步骤(1)临界速度增量AV的测定临界速度增量是产品受到冲击时即将产生损伤的速度变化，首先，调节试验设备，使产生的冲击脉冲形成低于预期临界速度增量值，由于临界速度增量边界线与波形无关，因而试验中可使用矩形波也可以使用半正弦波或其他波形，常用的是半正弦波形，脉冲持续时间应不大于3ms，试验样品为刚性较大的小型产品时，其脉冲持续时间还应适当缩小，以便使其冲击加速度足够大。进行一次冲击试验后，检查或测定试件的性能，确定式样是否损伤，如果发生损伤，则需要判断是否由于本次冲击造成，如果不发生损伤，则调整冲击试验一嘟浙江大学硕士学位论文2007)机，使其产生较大的速度变化，其方法可采用提高试验机冲击台面高度或调解程序器，依次重复进行冲击试验，一次速度变化的幅度应是产品的特性而定，对于一般的产品而言，每次速度增量幅度可达0.15耐s，对于比较贵重的产品，应使增量幅度适当降低。重复上述过程，逐渐增加速度变化值，直至试件发生损伤。(2)临界加速度A。的测定首先调解试验机的程序器，使其产生梯形冲击脉冲，梯形波曲线上升及下降的时间应低于 1.sms，目的在于尽量使梯形波接近于矩形波，冲击速度变化为临界速度变化A代的两倍以上，首次冲击加速度应低于预计的产品损伤时最大加速度值。进行一次冲击试验后，检查或测量被试样品的性能，确定样品是否损坏，若发生损伤，确定是否由于此次冲击所致，若没有发生损伤，调整冲击试验机以获得更大的加速度值，通常利用调节程序器的方法来实现，并核定冲击速度变化值是否符合要求，加速度增加的幅度，应根据产品本身的特性而定。重复上述试验过程，逐渐增加冲击加速度直至试样发生损坏。3.测试数据的取值方法选取临界值时通常有两种方法，一是将试样未发生损伤的最后一次试验数值和试样发生损伤时的试验数值的平均值作为试样的临界值，另一种方法是，将试件未发生损伤的最后一次试验数据作为临界值，大多数试验采用后者。4.破损边界的确定产品对冲击的敏感性取决于三个参数:冲击脉冲波形、冲击时速度变化和冲击最大加速度，绘制冲击破损边界曲线，步骤通常如下:(l)进行冲击试验，确定临界速度变化K将试件固定在冲击试验机的冲击台上，先从较小的跌落高度开始跌落冲击，但预计冲击加速度在小于临界加速度下进行，然后逐次加大跌落高度，一直增加到试件出现损坏为止，每改变一次跌落高度，V和丸都有相应的改变，对应于每一次跌落冲击，就相当于图2一4(a)中的一个坐标点(犷，寿)，而试件开始出现破损时相对应的那个点已处在破损区内。在这一破损点之前的一点，其匆浙江大学硕士学位论文(2007)相应的速度变化就是临界速度增量代，过代在坐标系中作垂直线，代就是冲击破损边界曲线的左侧部分的各点。(2)确定临界加速度Ac将试验样件固定在冲击试验机的冲击台面上进行冲击试验，与第一步有两点不同。不再是逐次增加跌落高度，而是选择一个合适跌落的高度后不再改变，以下每次跌落冲击都是从这一高度下冲击。跌落高度不变，就保持一定的速度变化量V，就是说这一步冲击试验是在保持V不变的条件下逐步提高冲击加速度寿，一直提高到使试件开始发生破损时为止，图2一4(b)中表明在v一定的条件下，V为常数的垂直线上自下而上的一系列试验点，在出现产品破损的那个点之前对应的寿即为临界加速度凡。上面所述的合适的跌落高度不能过低，如果跌落高度选的过低，就有可能使得到的速度变化量VK，这样就不能绘制出临界加速度的边界曲线，至于v要选多大并无一定要求，首先要V大到离开破损边界左侧的铅垂线，还要选择离开破损边界曲线的弯曲部分。匆浙江大学硕士学位论文(2007)临界加速度孔与临界速度增量K不一样，前者虽冲击脉冲波形的不同而不同，因此，在不同脉冲波型条件下得到的临界加速度边界线就不同(3)根据上述两步得到的临界速度增量值边界(垂直边界线)和临界加速度边界(水平边界线)绘制出完整的可以区分安全区和破损区的破损边界曲线，从图2一4(。)中看出，在垂直边界线和水平边界线的交汇处，通过一定的曲线光滑处理，光滑曲线的范围位于坐标系中坐标点(K，2攻)和(二又2凡)这两点之间。由于物品的冲击响应与外界脉冲波形有关，因而对于不同的脉冲波形，破损边界曲线是不同的，由于物品在不同方向上由不同的冲击灵敏度，因而对于同一物品，最好作前、后、左、右、上和下六个面的破损边界曲线，取其中最小的Gc(凡/g)作为物品的冲击易损度。圣2.2.2缓冲衬垫法此试验方法将试样件加上缓冲包装结构以后，使其自由跌落产生冲击，自由跌落的方法通常要在可以使试验件自由落下的试验机上进行。一种方式是以同一包装在试验中逐渐增加跌落高度，使作用到试件上的冲击加速度依次提高，另一种方式就是使跌落高度保持不变，然后改变其缓冲条件(例如改变缓冲材料的厚度)，以便增加冲击加速度。利用普通的跌落试验机，要求能达到顺畅释放试验件，使其发生自由跌落而达到预期的冲击状态，过程如下:1.包装容器与缓冲材料要求用包装容器及缓冲材料包装被试样品，一般情况下采用实际运输时使用的外包装容器及缓冲衬垫材料，也可以采用任何一种适合的包装容器和缓冲材料，包装容器应能容纳试验样品及缓冲垫。2.试验样品与传感器的固定将试验样品和缓冲材料按正常放置状态包装在选定的容器中，在试验样品的冲击方向上应有较厚的衬垫，以避免在第一次冲击试验时就发生损伤。易浙江大学硕士学位论文2007)将加速度传感器固定在靠近缓冲垫制成面上，且必须使测量轴线处于冲击方向上，最理想的状态是在最能代表产品的重心附近，且是较牢固的部位上，或者固定在最容易发生损坏的部位上。3.试验步骤把经过缓冲包装的试样至于跌落试验机上，进行一次冲击跌落试验，并记录加速度一时间历程，冲击跌落后拆开包装，对试验样品进行检查或性能测量，确定其产品是否发生损坏，如果试验样品未发生损伤，则逐渐加大冲击强度，直至样品损坏增加试验中冲击强度的方法一般有两种:一是通过减薄试验样品冲击方向上缓冲衬垫的厚度，把减少的缓冲垫移至顶部，或在试验样品的顶部增加适当厚度的同类缓冲垫，以保证包装容器内缓冲材料的总厚度不变，另一种方法是保持原缓冲包装结构不变，逐渐增加跌落高度，随着跌落高度的变化，冲击速度增量也将随着变化，因而这种方法会产生较大的误差。一般的长方体形包装件都具有6个冲击面，但如果能对试验样品的尺寸、形状以及在运输过程中可能遭受到冲击方向有足够了解，最好在估计的试验件最敏感或最薄弱的冲击方向上进行试验，一般情况下，对正常储运条件下的垂直跌落方向都要进行冲击试验，作为评价试验样品抗冲击能力的基本性能参考。概括而言，利用缓冲材料在跌落试验机上作冲击试验的程序如下:匆浙江大学硕士学位论文(2007)上述两种利用冲击试验机测定产品易损度和利用缓冲材料测定产品易损度的方法是常用的冲击易损度试验方法，由于试验原理、试验设备及操作程序等诸方面的不同，在试验模拟性、精确性、适用性和经济性等方面存在较大差异，在确定试验方案时，应根据产品试验的实际需要加以选择。1.模拟性使用冲击试验机的测试方法中，所采用的设备内具有气压脉冲程序器，可以产生出矩形波、半正弦波和锯齿形波，并且可以控制冲击速度变化，因而可以根据实际需要设定冲击强度，所以具有更好的模拟性采用缓冲材料在跌落试验机上做冲击试验，由于只是利用缓冲材料来控制冲击脉冲，因而形成的脉冲只能接近于半正弦波形，并且由于缓冲材料的质量、密度或厚度等参数稍有改变就会影响测试的结果，所以其模拟性要比上述方法差些。2.精确度及重现性由于使用冲击试验机的方法是将试验样品固定在冲击台上，此样品在试验时随冲击台一起实现冲击，因而可以保证预定冲击的方向和姿态受干扰较小，而且由于采用矩形波脉冲测试产品的冲击易损度，虽然此数据较为保守，但测量精度较高，操作程序也很规范。采用缓冲材料的试验方法，往往由于缓冲材料的塑性变形或冲击姿态的偏差和二次冲击(回弹现象)等因素，会影响到测试数据的精确性，另外，由于出现的半正弦波型等非矩形波脉冲，随着冲击速度变化的不同，其冲击易损度也会随之不同，从实际试验的测试情况看，缓冲材料的冲击试验法得出的峰值加速度的离散性大，因而说明其测试精度稍差些。3.试验成本及操作性冲击试验机方法采用的设备要求高，价格贵，因此，这种方法试验成本高，但优点是操作控制较精确，较方便，可操作性好。而缓冲材料试验法采用的是普通的跌落机，设备价格低，而且使用时只需要改变缓冲材料的厚度，试验成本也低，由于在试验过程中要不断地改变缓冲材料，操作比较麻烦，比上面方法更费时费力，在国际上基本己经不用了l0j。匆浙江大学硕士学位论文(2007第三章.啤酒瓶跌落仿真应力分析夸3.1研究工况选取啤酒瓶在流通环节中典型的两种状态:空瓶和贮酒时因运输或使用不慎导致的跌落冲击，后者由于玻璃瓶容装了液体，在运动状态突变时，载荷与结构应力更为复杂。跌落工况也有两种状态，一种是斜跌落，即啤酒瓶瓶底一点先着地，我们选取啤酒瓶轴线与垂直线的夹角为20度来进行模拟，另一种是理想状况，即啤酒瓶垂直跌落，瓶底同时着地。我们选取的啤酒瓶模型如图3一1所示夸3.2建模与计算参数采用自底向上法实体建模”，参照普通玻璃瓶的大小尺寸，并对形状进行适当的简化，取瓶底为6们nrn，瓶身为3mm。玻璃瓶用壳单元shen63模拟，啤酒用fluld80流体单元模拟，混凝土地面用sohd45实体单元模拟，瓶壁与啤酒、瓶与地面的接触界面，采用了面一面接触单元，。为提高计算效率，运用了以下技巧l3:当啤酒瓶从0.5m高程下落至距地面Zmm时，由自由落体公式vZ=Zgh算得其速度为3.13而s，以此作为计算的冲击初速度。我们关心的是瓶体接触瞬间的应力变化，从物理概念上分析，跌落匆浙江大学硕士学位论文(2007冲击最恶劣工况在触地瞬时，所以避开距地2之前的冗长计算过程不会给仿真带来影响。下表列出了计算中取用的弹性模量E、泊松比林、密度p等参数。计算中固定混凝土地面底部节点所有自由度，跌落对象全部节点垂向的初速度取3.13而s。选取合理的时间步长，第一荷载步为O一0.00025，分5个子步;第二荷载步为0.0002一0.00215(空瓶跌落)、0.0003一0.00155(贮酒跌落)，分30个子步;得到了平跌落工况下空瓶和贮酒时啤酒瓶的全场全时段而ses应力分布规律。在有限元计算惯用的应力云图上，不同颜色表示了应力的大小，十分直观。一24-匆浙江大学硕士学位论文(2007)图3一5为空瓶时瓶身的而ses应力图，图3一6为贮酒时瓶身的而ses应力图，两者左上部标注的应力最大值所对应的时间点是不同的。图3一7，3一8分别为垂直跌落时空瓶和贮酒两种状态的最大应力部位。规律小结:1.跌落触地瞬时，贮酒瓶中液体还在向下运动，瓶底所受地面反力与液体向下的冲击力会有短暂的平衡时段，反映在应力时间曲线(图3一12一图3一15)上，贮酒时的应力变化在时间上比空瓶时有所滞后(约0.000055)。2.冲击时内装液体对容器应力的提升在不同部位有很大差异，即本文引入的“液致应力倍增系数”随位置而变化。平跌落时瓶底中点应力幅值提升124Mpa，为空瓶时该点应力幅值的6.20倍;瓶底触地点应力提升34Mpa，为空瓶时该点应力幅值的1.62倍;斜跌落时瓶底中点应力幅值提升27MPa，为空瓶时瓶底中点应力幅值的3.38倍;瓶底触地点应力幅值提升97Mpa，为空瓶时该点应力幅值的0.45倍，可见瓶内贮液对瓶底中点的影响明显大于对触地点的影响。3.从图3一5可以看出，垂直跌落工况下，空瓶跌落时，瓶身从瓶底触地位置往上应力依次变小，瓶身水平截面上应力相同;从3一6可以看出，同样是垂直跌落工况，瓶内贮酒时，由于瓶内流体的影响，瓶身的应力分布不均匀，瓶身水平截面上应力差别比较大。从图3一10和3一n可以看出，斜跌落时瓶身应力分布都是从接触点往外扩散，并依次减小。4.垂直跌落工况下，空瓶时最大应力出现于瓶底与瓶身的内过渡圆周上(图3一7)，而贮酒时最大应力移至瓶底的中心部位(图3一8)。斜跌落工况下，空瓶嘟浙江大学硕士学位论文(2007和贮酒的应力最大值均出现在瓶与地面的接触点上。5.相同的跌落条件下，不管是垂直跌落还是斜跌落，由于瓶内流体的影响，贮酒时瓶身达到最大MISeS应力的时间都比空瓶瓶身达到最大mises应力的时间滞后。匆浙江大学硕士学位论文2007第四章.瓦楞纸板防护下啤酒瓶的跌落分析圣4.1瓦楞纸板瓦楞纸板是一种至少由两层纸板夹持(粘合)一层波纹形瓦楞纸的复合加工纸板，瓦楞纸板也常用于啤酒的防护，模拟跌落过程时，我们选用双瓦楞纸板B/C组合方式，考虑到瓦楞纸板在跌落过程中，变形较大，弹性模量变化复杂，为了简单起见，我们取纸板压实后的弹性模量来模拟。夸4.2.研究工况同样选取啤酒瓶在流通环节中两种状态:空瓶和贮酒时因运输或使用不慎导致的跌落冲击，通过应力仿真计算，获得了啤酒瓶的全场应力规律，通过对比有包装防护和无包装防护时的应力变化规律，为将计算机仿真技术引入包装容器的强度分析与结构优化设计提供了探索性成果。我们选取两种典型的跌落状态，一种是垂直跌落，一种是水平跌落。夸4.3建模与计算参数玻璃瓶仍用壳单元shen63模拟，啤酒仍用nuld80流体单元模拟，混凝土地匆浙江大学硕士学位论文(2007面和瓦楞纸板用solid45实体单元模拟1151，瓶壁与啤酒、瓶与地面、板、效率瓦楞纸板与地面的接触界面，采用了面一面接触单元，建模6。瓶与瓦楞纸为提高计算同样运用了以下技巧:啤酒瓶从0.5m高程跌