第三章 缓冲理论基础课件

1、第三章第三章 缓冲理论基础缓冲理论基础冲击：冲击： 在短暂而又强烈的动态力作用下，物体（包装在短暂而又强烈的动态力作用下，物体（包装件）的运动状态在极短时间内发生急剧的变化。件）的运动状态在极短时间内发生急剧的变化。在各种冲击环境中，货物的跌落冲击最为强烈，是导在各种冲击环境中，货物的跌落冲击最为强烈，是导致产品破损的主要原因。致产品破损的主要原因。3.1 跌落冲击问题的研究方法及研究内容跌落冲击问题的研究方法及研究内容l 研究方法研究方法研究包装件的跌落冲击问题要分析易损零件的研究包装件的跌落冲击问题要分析易损零件的最大加速度最大加速度用两级估算法讨论包装件的跌落冲击问题用两级估算法讨论包装

2、件的跌落冲击问题 跌落冲击理论不是为缓冲包装设计提供计算公跌落冲击理论不是为缓冲包装设计提供计算公式，而是为测试技术提供理论依据式，而是为测试技术提供理论依据 缓冲包装理论以产品加速度描述易损零件的破缓冲包装理论以产品加速度描述易损零件的破损条件。损条件。3.1 跌落冲击问题的研究方法及研究内容跌落冲击问题的研究方法及研究内容2.3.1 产品产品Hmsksmk0 xs0 x0y易损零件系统易损零件系统mk0X?0y产品产品-衬垫系统衬垫系统msksm0 xs0 x3.1 跌落冲击问题的研究方法及研究内容跌落冲击问题的研究方法及研究内容l 研究内容研究内容产品及易损零件对跌落冲击的响应产品及易损

3、零件对跌落冲击的响应包装跌落冲击的强度条件（产品破损强度条件）包装跌落冲击的强度条件（产品破损强度条件） 研究跌落冲击的能量法（对于非线弹性缓冲材料）研究跌落冲击的能量法（对于非线弹性缓冲材料）3.2 产品对跌落冲击的响应产品对跌落冲击的响应产品的跌落冲击过程产品的跌落冲击过程He - 碰撞恢复系数，碰撞恢复系数，0e13.2 产品对跌落冲击的响应产品对跌落冲击的响应mk0XWP产品受力分析产品受力分析令令得到得到微分方程的通解为微分方程的通解为代入初始条件：代入初始条件：3.2 产品对跌落冲击的响应产品对跌落冲击的响应衬垫的最大变形：衬垫的最大变形：3.2 产品对跌落冲击的响应产品对跌落冲击

4、的响应产品对跌落冲击的位移产品对跌落冲击的位移-时间响应是一条正弦半波曲线：时间响应是一条正弦半波曲线：3.2 产品对跌落冲击的响应产品对跌落冲击的响应产品的加速度产品的加速度-时间响应：时间响应：03.2 产品对跌落冲击的响应产品对跌落冲击的响应产品在跌落冲击过程中的速度改变量产品在跌落冲击过程中的速度改变量对于正弦半波对于正弦半波3.2 产品对跌落冲击的响应产品对跌落冲击的响应思考题：产品质量思考题：产品质量m=10kg，衬垫面积，衬垫面积A=120cm2 ，厚度，厚度T=3.6cm，缓冲材料的弹性模量，缓冲材料的弹性模量E=700kPa， 包装件的跌落包装件的跌落高度高度H=75cm，不

5、计系统的阻尼和衬垫的塑性变形，试求跌，不计系统的阻尼和衬垫的塑性变形，试求跌落冲击过程中的衬垫最大变形，产品的最大加速度，冲击落冲击过程中的衬垫最大变形，产品的最大加速度，冲击持续时间和速度改变量。持续时间和速度改变量。3.3 易损零件对跌落冲击的响应易损零件对跌落冲击的响应msksm0 xs0 x对零件进行受力分析对零件进行受力分析令令0将上式求两次导数将上式求两次导数3.3 易损零件对跌落冲击的响应易损零件对跌落冲击的响应 零件在脉冲时间内的响应零件在脉冲时间内的响应 零件在脉冲时间后的响应零件在脉冲时间后的响应3.3 易损零件对跌落冲击的响应易损零件对跌落冲击的响应3.3 易损零件对跌落

6、冲击的响应易损零件对跌落冲击的响应 易损零件的最大加速度易损零件的最大加速度n=1n=2n=33.3 易损零件对跌落冲击的响应易损零件对跌落冲击的响应正弦半波的冲击谱正弦半波的冲击谱1.573.3 易损零件对跌落冲击的响应易损零件对跌落冲击的响应正弦半波的冲击谱正弦半波的冲击谱3.3 易损零件对跌落冲击的响应易损零件对跌落冲击的响应3.4 跌落冲击的产品破损边界曲线跌落冲击的产品破损边界曲线 易损零件的极限加速度易损零件的极限加速度产品破损条件产品破损条件3.4 跌落冲击的产品破损边界曲线跌落冲击的产品破损边界曲线产品破损边界曲线产品破损边界曲线正弦半波脉冲的产品破损边界曲线正弦半波脉冲的产品

7、破损边界曲线产品破损边界曲线反映产品抵抗破损的能力，是产品产品破损边界曲线反映产品抵抗破损的能力，是产品在跌落情况下的强度曲线。在跌落情况下的强度曲线。3.4 跌落冲击的产品破损边界曲线跌落冲击的产品破损边界曲线临界加速度线和临界速度线临界加速度线和临界速度线临界加速度随跌落高度临界加速度随跌落高度H而变化，没有确定的强度指标。而变化，没有确定的强度指标。3.5 产品脆值理论产品脆值理论气垫式冲击试验机气垫式冲击试验机在各种脉冲波形中，矩形脉冲最为强烈，对产品造成的危害最大，但易损零在各种脉冲波形中，矩形脉冲最为强烈，对产品造成的危害最大，但易损零件对矩形脉冲的响应最为简单，得到的加速度强度指

8、标为定值，它表示了产件对矩形脉冲的响应最为简单，得到的加速度强度指标为定值，它表示了产品易损程度的大小，称为产品的品易损程度的大小，称为产品的脆值脆值。3.5 产品脆值理论产品脆值理论 产品对矩形脉冲激励的响应产品对矩形脉冲激励的响应0产品在脉冲时间内的速度计位移随时间变化规律为：产品在脉冲时间内的速度计位移随时间变化规律为：冲击砧落在活塞上是冲击过程的开始，所以冲击砧落在活塞上是冲击过程的开始，所以冲击过程结束时冲击过程结束时产品的速度改变量产品的速度改变量3.5 产品脆值理论产品脆值理论 易损零件对矩形脉冲的响应易损零件对矩形脉冲的响应0将上式求两次导数将上式求两次导数l 易损零件在脉冲时

9、间内的响应易损零件在脉冲时间内的响应l 易损零件在脉冲时间后的响应易损零件在脉冲时间后的响应3.5 产品脆值理论产品脆值理论 矩形脉冲的冲击谱矩形脉冲的冲击谱3.5 产品脆值理论产品脆值理论 矩形脉冲的冲击谱矩形脉冲的冲击谱3.5 产品脆值理论产品脆值理论矩形脉冲的产品破损条件矩形脉冲的产品破损条件矩形脉冲的产品破损边界曲线矩形脉冲的产品破损边界曲线3.5 产品脆值理论产品脆值理论产品的临界速度线产品的临界速度线作为作为a点，为临界速度线的起点点，为临界速度线的起点3.5 产品脆值理论产品脆值理论产品的临界加速度线产品的临界加速度线产品脆值：产品脆值：3.5 产品脆值理论产品脆值理论脆值的定义

10、脆值的定义 ：脆值是产品经受振动和冲击时用以表示其强：脆值是产品经受振动和冲击时用以表示其强 度的定量指标，又称为产品的易损度。此值表示产品对外度的定量指标，又称为产品的易损度。此值表示产品对外力的承受能力，一般用重力加速度的倍数力的承受能力，一般用重力加速度的倍数G来表示。来表示。产品边界曲线的测试步骤产品边界曲线的测试步骤3.5 产品脆值理论产品脆值理论3.5 产品脆值理论产品脆值理论3.6 包装件跌落冲击的强度条件包装件跌落冲击的强度条件GGmgHfgxGnmm22 gHV22GVfgGnm3.7 研究跌落冲击问题的能量法研究跌落冲击问题的能量法非线弹性缓冲材料的应力非线弹性缓冲材料的应

11、力-应变曲线：应变曲线：3.7 研究跌落冲击问题的能量法研究跌落冲击问题的能量法H动能动能势能势能0WH000变性能变性能U变形比能变形比能u3.7 研究跌落冲击问题的能量法研究跌落冲击问题的能量法根据功能原理根据功能原理3.7 研究跌落冲击问题的能量法研究跌落冲击问题的能量法在冲击过程中，产品受到的最大冲击力在冲击过程中，产品受到的最大冲击力在忽略自重的情况下在忽略自重的情况下3.7 研究跌落冲击问题的能量法研究跌落冲击问题的能量法 缓冲材料的缓冲系数缓冲材料的缓冲系数C材料的缓冲系数取决于材料的力学性质，是从缓冲包装的材料的缓冲系数取决于材料的力学性质，是从缓冲包装的角度来描述材料的力学性

12、质，反映了材料的缓冲特性角度来描述材料的力学性质，反映了材料的缓冲特性3.7 研究跌落冲击问题的能量法研究跌落冲击问题的能量法3.8 材料的缓冲系数材料的缓冲系数-最大应力曲线最大应力曲线3.8 材料的缓冲系数材料的缓冲系数-最大应力曲线最大应力曲线材料压缩试验机的加载速度很低（材料压缩试验机的加载速度很低（1.5cm/min），接近静态载荷。），接近静态载荷。3.8 材料的缓冲系数材料的缓冲系数-最大应力曲线最大应力曲线落锤冲击试验机落锤冲击试验机3.8 材料的缓冲系数材料的缓冲系数-最大应力曲线最大应力曲线影响缓冲系数的因素影响缓冲系数的因素3.8 材料的缓冲系数材料的缓冲系数-最大应力曲

13、线最大应力曲线u 求解产品跌落冲击的最大加速度求解产品跌落冲击的最大加速度能量转化曲线u 设计计算缓冲衬垫的面积和厚度设计计算缓冲衬垫的面积和厚度 3.8 材料的缓冲系数材料的缓冲系数-最大应力曲线最大应力曲线过原点切线法过原点切线法最小缓冲系数法最小缓冲系数法3.8 材料的缓冲系数材料的缓冲系数-最大应力曲线最大应力曲线3.8 材料的缓冲系数材料的缓冲系数-最大应力曲线最大应力曲线3.9 材料的最大加速度材料的最大加速度-静应力曲线静应力曲线3.9 材料的最大加速度材料的最大加速度-静应力曲线静应力曲线3.9 材料的最大加速度材料的最大加速度-静应力曲线静应力曲线u 求解产品跌落冲击时的最大

14、加速度求解产品跌落冲击时的最大加速度u 计算缓冲衬垫的面积和厚度计算缓冲衬垫的面积和厚度3.9 材料的最大加速度材料的最大加速度-静应力曲线静应力曲线思考题：有一包装件，产品质量思考题：有一包装件，产品质量m=15kg，用密度为，用密度为0.035g/cm3的的EPS制制作了三个不同的衬垫，对该产品分别进行跌落冲击试验，这三个衬垫作了三个不同的衬垫，对该产品分别进行跌落冲击试验，这三个衬垫的厚度均为的厚度均为5cm，三个衬垫的面积分别为，三个衬垫的面积分别为184、377、980cm2，试验时，试验时的跌落高度均为的跌落高度均为60cm，试求用这三种不同衬垫进行试验时的产品最大，试求用这三种不