面粘合下UV形瓦楞纸板轴向压溃机制研究

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UV形瓦楞纸板以其独特的结构特征,被广泛应用于运输包装领域。UV形瓦楞纸板在运输过程中,主要承受轴向载荷,发生塑性变形表现出优异的能量吸收特性。因此,对UV形瓦楞纸板轴向压溃变形机制和力学性能进行探究十分必要。本文以UV形瓦楞纸板为研究对象,以试验和理论分析相结合的方式,探讨了单瓦楞纸板典型折叠单元的选择、变形模式以及准静态轴向压溃平台应力模型;随后,将单瓦楞纸板的平台应力模型扩展至多层纸板,并进一步研究不同湿度、不同振动条件对瓦楞纸板承载性能的影响。研究内容将有助于瓦楞结构设计和参数选择,以满足客户不同的强度要求。论文主要研究内容如下:(1)建立了单UV形瓦楞纸板准静态轴向压溃平台应力模型。首先,基于UV形瓦楞纸板的生产工艺,提出了面纸和芯纸的接触方式应假定为面粘合,以此为基础,选取了适合UV形瓦楞纸板的折叠单元;随后,基于单UV形楞纸板准静态轴向压溃试验结果,提出了瓦楞芯的三种变形模式,并建立了三种变形模式下单UV形瓦楞纸板轴向压溃的平台应力模型。研究结果表明:UV形瓦楞纸板典型折叠单元的选择应考虑面粘合这一假定;单UV形瓦楞纸板在准静态轴向载荷作用下发生渐进折叠变形,其中,面纸与里纸发生渐进弯曲折叠变形,芯纸在渐进弯曲折叠变形的基础上还发生非对称模式的变形、对称外折模式的变形和对称内折模式的变形;经计算发现,变形模式对UV形瓦楞纸板轴向压溃平台应力的影响较大,基于不同变形模式建立的平台应力模型理论值与试验值吻合良好。(2)建立了多层UV形瓦楞纸板准静态轴向压溃平台应力模型。首先,以五层瓦楞纸板和七层瓦楞纸板为研究对象,选取了多层UV形瓦楞纸板的折叠单元;随后,研究了多层UV形瓦楞纸板的变形模式;最后,基于提出的多层UV形瓦楞纸板的变形模式,建立了多层UV形瓦楞纸板准静态轴向压溃平台应力模型。研究结果表明:多层UV形瓦楞纸板在准静态轴向载荷作用下各部分发生的变形模式与单UV形瓦楞纸板不完全相同,面纸与里纸发生渐进弯曲变形,芯纸发生非对称、对称外折和对称内折三种模式的变形,衬板由于两侧芯纸的共同诱导作用发生双倍渐进弯曲变形;论文建立的多层UV形纸板的轴向压溃平台应力模型理论值与试验值较为一致。(3)建立了湿度影响下UV形瓦楞纸板准静态轴向压溃平台应力模型。首先,通过试验研究了相对湿度对瓦楞原纸及UV形瓦楞纸板的影响;随后,建立了湿度影响下瓦楞纸板准静态轴向压溃平台应力模型并进行了修正。研究结果表明:相对湿度的增加会降低原纸极限应力及瓦楞纸板平台应力;在相对湿度50%-75%条件下,瓦楞纸板在受到轴向载荷作用下发生渐进弯曲变形的过程中,平台期的应力波动明显,而在相对湿度85%-95%条件下,平台期的应力较为平缓;修正后的湿度影响下UV形瓦楞纸板轴向压溃平台应力模型理论值与试验值吻合良好。(4)建立了振动影响下UV形瓦楞纸板剩余平台应力模型及疲劳累积损伤模型。首先,通过试验探讨了疲劳振动对瓦楞纸板的影响规律;随后,建立了疲劳振动影响下瓦楞纸板剩余平台应力模型及瓦楞纸板疲劳累积损伤模型;最后,将纸板平台应力模型研究扩展至纸箱,建立了考虑疲劳振动损伤的瓦楞纸箱抗压强度预测模型。结果表明:疲劳振动后UV形瓦楞纸板的初始峰值强度及剩余平台强度会大幅度下降,且强度会随着纸板厚度的增加而降低;修正后的湿度影响下瓦楞纸板轴向压溃剩余平台应力模型和疲劳累积损伤模型理论值与试验值吻合良好。
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