纸箱强度计算.doc

包装设计过程中可能要涉及强度计算方面的内容，主要有两个方面的应用：1. 已知最大堆叠高度，需选择适当的瓦楞纸板；2. 产品包装已确定，需计算出允许的最大堆叠高度。对包装强度影响最大的就是选用的瓦楞纸板了。1. 瓦楞纸板的构造及分类在介绍乏味的内容之前，我们先了解一下瓦楞纸板的构造及分类。瓦楞纸板主要由面纸和波形的瓦楞(flute)通过粘合而成。根据瓦楞的不同大小瓦楞可以分为A型，B型，C型，D型，E型，F型，G型楞。如下图：B型和C型瓦楞比较常用，B型楞排列密度大，制成的瓦楞纸板表面平整，承压力高，适于印刷；C型楞有较好的挺度和抗冲击性。根据需求，瓦楞纸板可以加工成单面瓦楞纸板、三层瓦楞纸板、五层、七层、十一层等瓦楞纸板。层是中文的表述，对应于英文的Layer，但是更常用的一种表述是Wall。通过下面的图你就可以知道它们表示什么含义了。瓦楞纸板的标注方式2. 瓦楞纸板的强度包装箱上一般在底部会有一个如下的标识：纸箱厂商证书上图是两家厂商的包装箱上的标识，它上面包含的信息有：厂商名称，地址以及关于纸箱的强度参数： Edge Crush Test, ECT: 边压强度。边压强度又叫垂直抗压强度，是对瓦楞纸板试样以垂直方向施加压力，施压过程中纸板所能承受的最大力即为纸箱的边压强度。 Brusting Test: Size Limt: Groos WT LT: 瓦楞纸箱加上内装物总重量极限值 Min Comb WT Facings: Min Combined Weight on Facings上面两张图片使用的参数不太一样，前面一个用的是Edge Crush Test，后面一个用的是Bursting Test也称为Mullen Test。边压强度衡量的是瓦楞纸板的堆叠性能强度，而Mullen衡量瓦楞纸的抗破损强度。简单地说前者是沿纸板方向施压，后者是沿纸板垂直方向施压进行测试。Mullen测试更适合于包装比较重的物体，而ECT测试适合比较轻的物体时需考虑其堆叠特性。ECT 和 Brusting Test 的对应值大体如下表所示：Max Wt. Box/Contents(lbs.)Min. Burst Test Single/Double Wall(lbs. per sq. in.)*Min. Edge Crush Test (ECT)(lbs. per in. width)Single Wall Corrugated Boxes20125233515026501752965200328025040952754412035055Double Wall Corrugated Boxes80200421002754812035051140400611605007118060082Triple Wall Corrugated Boxes24070067260900802801100903001300112* Minimum puncture test, Triple Wall board (in. oz. per in. of tear)3. 瓦楞纸箱的抗压强度纸箱上面还可以承受多大的重量由纸箱的抗压能力决定，可问题是在设计阶段，还没有样品，我们怎么知道纸箱的抗压能力到底是多少呢？为了满足设定的叠加高度，我们怎么知道该用什么类型的瓦楞纸板呢？办法总是有的，人们总结了各种通过纸板的抗压强度$ECT$测算纸箱的抗压强度$BCT$的经验公式。McKee公式是比较常用的换算公式：$BCT = alphatimes ECTtimes P0.4924times t0.5076$ (1)其中，$alpha$为经验常数，一般取5.87， $P$为纸箱开口的周长， $t$为纸板厚度。注意到后两项的指数和0.5比较接近，在实际应用中，一般可以将此公式简化为：(2)此公式中所有变量的单位均为英制单位。4. 瓦楞纸箱的环境抗压强度通过McKee公式可以估算出包装箱的抗压强度，那么是不是就可以估算它最大可以承受多大的重量了？但纸箱的实际抗压能力还受其它很多因素的影响，如使用环境湿度，装箱后的堆码运输方式等。所有的因素都会使纸箱的抗压能力打折扣，这样问题岂不是很复杂，我们又没法进行下去了？工程师的任务就是将复杂的问题简单化，人们通过大量的经验总结了一些主要环境参数对纸箱强度的影响力，以表格的形式列出各种环境下，纸箱的强度该打多大的折扣。将我们设计的纸箱将使用的环境与表中的参数比照，综合起来就可以估算纸箱实际应用中将有多大的抗压强度，这里称之为环境抗压强度。下表列出了五项比较重要的影响参数，将各项参数相乘即可得到纸箱的抗压强度与其环境抗压强度之比。 这里将$k$称为安全系数。ENVIRONMENTAL FACTORSCompression LossMultipliers1. Storage time under load10 days-37 percent loss0.6330 days-40 percent loss0.690 days-45 percent loss0.55180 days-50 percent loss0.52. Relative humidity, under load (cyclical RH variation further increases compressive loss)50 percent-”0 percent loss160 percent-10 percent loss0.970 percent-20 percent loss0.880 percent-32 percent loss0.6890 percent-52 percent loss0.48100 percent-85 percentloss0.153. Pallet PatternsBest CaseWorst caseColumnar, alignedNegligible loss0.90.85Columnar, misaligned10-15 percentloss0.60.4Interlocked40-60 percent loss0.80.64. Pallet deckboard gap10-25 percent loss0.90.755. Excessive handling10-40 percent loss0.90.65. 纸箱的可堆叠层数