运输包装学年论文.doc

有关脆值的研究包装082班：* 指导老师：巩桂芬（陕西科技大学设计与艺术学院 陕西 西安 710021）摘要：脆值是指产品不产生物理损伤或功能失效所能承受的冲击极限，是包装设计中不可缺少的因素，本文主要说明脆值的相关概念和有关因素，并说明了各个因素在缓冲包装设计中的应用。关键词：脆值，边界理论曲线，应用Study On FragilityABSTRACT： fragility is the product does not have physical damage or functional failure can bear the impact of the limit, it also is indispensable in packaging design factors, this paper shows fragility of the major concepts and related factors, and describes the various factors in the cushion packaging design.KEYWORDS： Fragility，curves of the boundary theory，application1 概述包装件在流通过程中历经装卸、运输、储存等多个环节，在这些流通环节中受到各种因素的影响。因包装不善而造成的内装产品(以下简称产品)的损坏现象时有发生，其中因冲击、振动而引起包装件损坏更为常见，约占包装件损坏的50以上。流通环境条件、产品特性(几何尺寸、脆值和耐振度等)和缓冲材料特性是构成缓冲包装设计的三大要素，其中流通环境条件是外因、是条件，产品特性(脆值)是内因、是基础，缓冲材料是手段，三者互为关联形成了保证产品包装质量的系统工程。我国多年来随着缓冲包装设计的深入发展对产品脆值的认识也不断加深，从多个方面对产品脆值作了一些探讨与研究，积累了一定的经验，为深入研究打下了良好的基础。但与需要相比差距仍较大，至今尚未形成一个系统的、完整的脆值概念及切实可行的操作系统。因此，在包装设计中常因缺少“产品脆值”的基本数据而使缓冲包装设计方法不能很好应用。加强、加快脆值的研究工作势在必行。2 脆值的概念2.1 产品损坏机理在无需计及脆弱零部件的响应，并且可以忽略外包装箱质量，而且缓冲垫为无阻尼和线弹性时的最简单包装力学。产品在自由跌落过程中，触地冲击之前只受重力作用，而在触地冲击过程中处在任意位置时，产品受到向下的重力和被压缩的缓冲衬垫向上的反作用力P(x)。由此可以看出，G。正比于跌落高度，即跌落高度越大，产品受冲击产生的加速度越大，当惯性力过大以致在产品内产生的内应力超过产品能够承受的极限时，产品就会损坏。2.2 G值G值是指产品不发生物理损伤或功能失效所能承受的最大加速度与重力加速度的比值，并用G来表示。G值反映的是产品抗冲击的能力，并以所能承受的重力加速度值来表述。但是，用G值反映产品本身抗冲击能力有其局限性，它未能全面的反映出产品抗冲击能力，因为产品耐冲击能力，不仅体现在峰值加速度，也体现在波形、持续时间、频率等多种因素有关。在某些应用范围，需从多方面考虑，做出全面、精确评价。采用产品冲击破损边界曲线来判别产品的耐冲击能力，一定程度上弥补了上述缺陷。2.3 产品冲击破损边界曲线产品抗冲击的能力虽然很明显的与它能承受的最大加速度值有关(也就是说能承受的最大加速度值越大的产品，它抗冲击的强度就越大)。但是，单以能承受的最大加速度这一个因素还不能反映或表示出产品抗冲击的能力(或耐冲击的强度)。因为试验也证实，对于同一产品，作用其上的脉冲，如果冲击持续的时间不同，那么，引起产品损坏的最大加速度并不相同。此外，实验还表明，当着速度增量低于某个临界值时，即使产品最大加速度很大，大到超过它所能受的最大加速度，也并不出现破损。因此，RENewton提出了“破损边界曲线”(damage boundary curve)，它比较全面地反应了加速度峰值、速度增量、脉冲波形和产品破损间的关系。冲击破损边界曲线是以加速度峰值为纵坐标，以速度增量为横坐标的一条平面曲线。这条曲线是破损区和非破损区(即安全区)的分界线，可以用试验方法和计算方法进行绘制。2.4 脆值的定义和含义根据上述分析，脆值可定义如下：“脆值是指产品不产生物理损伤或功能失效所能承受的冲击极限”在这定义中包括了如下几个含义：a 脆值是产品的固有特性；b 该特性是产品承受冲击时的加速度峰值，速度增量和波形的综合反映；c 目前脆值的定量描述方式有：G值；冲击速度变化与脉冲峰值加速度组成的破损边界曲线。d 产品最初破损往往发生在其最薄弱的环节，并且也有方向性。因此，定义中的脆值指的是脆弱零部件在损坏时，在特定方向上的，产品上测定部位的值。2.5 影响脆值的主要因素影响产品脆值的主要因素，是产品特性和冲击脉冲形式。2.5.1产品特性产品特性是影响产品脆值的本质因素，包含了以下几个方面：（1）材质，即组成产品的材料特性，主要指材料的物理机械性能；（2）结构特性，各零部件(元器件)的结构特征，如结构形状(细长件、薄片等)及其在产品(或系统)中的安装定位方式，如悬吊安装，刚性安装等；（3）脆弱零部件的力学性能，如脆弱零部件的固有频率、强度等。2.5.2 脉冲形式冲击过程中的速度增量，随其波形的变化而变化。因此，在相同的最大加速度和脉冲持续时间条件下，冲击波形对冲击谱起着显著的影响。流通过程中常见的典型脉冲形状主要为矩形波、半正弦波和锯齿形波。3.产品脆值的应用根据前面各章节的论述：产品脆值是产品自身的一个固有特性。因此，它的主要作用有以下二点：它是产品耐冲击能力的度量单位。它与流通动力环境和缓冲包装措施合在一起，构成产品包装(缓冲包装设计)的两个重要因素。产品脆值主要应用于产品设计和改进设计以及产品包装的缓冲包装设计之中。3.1 应用产品脆值的意义从强度和易碎性的角度产品可分为易碎品和坚固品。产品的这种品性与构成产品的材料、产品的结构和产品的造型三者有很大关系。这三者的组合就形成了产品的固有特性之-产品脆值。并且在产品设计阶段就自然形成了。再有，易碎品从生产厂到用户手中这一流通过程中需要采取缓冲措施加以保护，以减小产品的破损率。而缓冲包装将大大增加产品的包装成本，从而也就增加了产品的总成本。因此，从产品的设计阶段就应采取措施尽可能的增强产品的牢固程度，简化缓冲包装的方法，以取得良好的经济效益。可以说，进行产品脆值的研究，是产品设计和产品改进设计中增强产品牢固程度的重要基础，同时也是提高产品包装水平，节约缓冲包装材料，简化缓冲包装结构，从而降低包装成本而提高经济效益的重要途径。3.2 产品脆值在产品设计和改进设计中的应用在产品设计阶段控制产品脆值的最有效方法就是注意产品的结构、造型和产品最基本的主体材料的选择，增强产品的牢固程度。产品外形的不规则往往给产品包装的运输带来许多不便，尤其凸出部分往往需要特殊防护，从而提高了包装成本。同一类产品，具有同样的功能，同样的使用性能，也可因材料的选择不同，结构和造型的微小差异而得到差异较大的产品脆值。产品脆值也是对产品结构做改进设计的基本依据之一。机床为精密产品，但也有许多“脆弱零部件”。操纵箱和操纵手轮均为操纵中和机床运输包装中的“脆弱零部件”如在运输包装中将手轮拆除，另外装箱，可减少手轮碰碎等，但暴露了机床的进给轴端，则更易对机床进给精度造成损坏。改进的方法为改进手轮的材料和结构。由于进给系统要求“精”和“轻”。原手轮为塑料手轮，改为铝合金后，手轮的强度虽褥到了改善，但重量加大，最后改为塑料和铝合金复合手轮。既达到了进给的要求，同时又改善了手轮的牢固程度。3.3 产品脆值在缓冲包装设计中的应用产品经过设计生产制造，其脆值就基本确定了，为了安全完整的将产品从制造厂家输送到用户手中，就必须采取必要的措施，保护措施之一就是缓冲包装。缓冲包装设计的目的就是通过确定流通环境条件、产品耐冲击、振动能力，选用适当的缓冲衬垫，采用一定的包装技术，使产品能承受流通过程中的耐击、振动等危险因素，而达到不发生损坏的目的。产品的耐冲击性及耐振动的特性(即产品脆值和耐振度)，运输包装流通环境和缓冲材料特性是缓冲包装设计的基础，构成了缓冲包装设计的三大要素。对包装设计来讲，根据这三个因素，并结合包装成本，在综合考虑其经济效益的前提下，提出合理的包装设计方案。通过此设计方案的实施，达到经济效益与缓冲的最佳结合。因此，为使包装设计既保护了产品，又不过度，全面深入了解包装产品的耐冲击、耐振动能力，进行产品脆值的研究，并确定产品脆值是缓冲包装设计过程中不可缺少的一个步骤。3.3.1 破损边界曲线的应用产品的脆值和耐振度一经确定后，并不一定就需要缓冲包装，还必须确定该产品在流通过程中受到的冲击和振动是否能使产品出现故障和损坏，才能确定缓冲包装设计方案，二者缺一不可。这就是冲击破损边界曲线的应用。用试验法可以得到每一产品的破损边界曲线。从每一产品的破损边界曲线，包装设计人员可以从中清楚地了解以下两点：（1）如果产品在实际流通过程巾所受的速度变化低于临界速度，则无论其G值大小，均不需要进行缓冲包装。（2）如果产品在实际流通过程中所经受的速度变化高于临界速度，则应考虑产品的G值。如果产品具有足够大的G值，也不需要进行缓冲包装。反之，则应进行缓冲包装，使其传输的加速度值低于临界加速度值。3.3.2 G值在缓冲包装设计中的应用缓冲包装设计包括冲击防护设计和振动防护设计方法。冲击防护的主要目的是缓和冲击。振动防护的主要目的是调节包装件的固有频率。一般先进行冲击防护设计，再用振动防护设进行校验。冲击防护设计的基本原理是：以缓冲材料作为内装物和包装箱中间的介质，来吸收冲击能量，延长内装产品承受冲击的脉冲作用的时间。从产品破损边界曲线中可以看出，产品处在大于临界速度变化的条件下，G值的大小，即体现的产品易损情况。因此，在现行的缓冲包装设计中，仍用G值来代表产品脆值进行缓冲包装设计。值得指出的是，有的产品当其振动损坏的可能性较大时，应进行振动防护设计。振动防护设计的基本原理是：选择恰当的阻尼材料，把包装系统(即外包装一衬垫一内装产品)对振动的传递率控制在预定的范围内。4.结论脆值是衡量