基于双稳态结构的红酒缓冲包装结构设计

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:gordontang530
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红酒在运输过程中,通常会受到外界环境的压力与跌落时造成的冲击力从而造成酒瓶的破裂,带来巨大的损经济失。目前,对于红酒缓冲包装缓冲性能的研究主要是通过选取不同的内部缓冲材料与增加包装盒厚度。这就使得红酒包装缓冲性能的提升空间具有较大的局限性,而且对材料损耗严重。为了在有限的空间内提供更好的缓冲性能,减少缓冲材料的使用,本文通过对红酒缓冲包装进行缓冲结构设计。通过对红酒包装特性分析可知,能够起到良好缓冲效果的结构首先要满足对外部能量的吸收,其次需要该结构能够承受红酒带来的压缩与冲击变形。本文采用的结构形式是具有吸能特性的双稳态结构,该结构能够通过结构的弹性屈曲变形对外界能量进行吸收,同时具备可恢复性。本文研究内容与结果如下:1.通过双稳态斜梁的对称分布构建出适合后续红酒缓冲结构的余弦梁结构、无直梁余弦结构、镜像余弦梁与组合曲梁结构四种单胞结构。以红酒800mm跌落时的瞬时速度对四种结构进行载荷施加研究四种单胞结构的响应特性,对比得到余弦梁结构与组合曲梁结构的吸能特性较好,再研究串并联组合结构对上述两种结构的响应特性影响,结果表明,组合曲梁结构具有更稳定的响应特性与吸能效果。2.利用上文结构较好的组合曲梁结构对红酒包装衬垫进行构建,同时通过衬垫构建整体红酒缓冲包装。对红酒缓冲包装处于不同堆码形式下的缓冲效果以及不同跌落形式下冲击保护进行研究,结果表明,本文构建的红酒缓冲包装能够提供很好的缓冲防护,与纸盒红酒包装对比,组合曲梁衬垫使酒瓶跌落时受到的最大冲击力下降54.1%最大应力下降34.3%。3.研究发现双稳态结构是利用其结构的屈曲变形完成外界能量的吸收,在验证组合曲梁结构能够为红酒缓冲提供良好的缓冲性能的情况下,对构成其结构的尺寸参数进行改变,研究厚度、高度、跨度对组合曲梁响应特性的影响,结果表明,随厚度的增加发生屈曲临界阈值和吸能效果增加;随跨度的减少发生屈曲临界阈值和吸能效果增加;高度对响应特性的影响较复杂,以高度为变量定义厚度比例系数Q与跨度比例系数W,得到最佳跨度比例系数在2.5到4之间,对应的厚度比例系数在4到7之间。本文利用双稳态斜梁结构对红酒运输包装中的缓冲衬垫进行构建,相较于现有的红酒纸盒包装,组合曲梁结构大大降低了红酒受到的冲击力。本论文为从结构实现红酒运输包装优化提供了新的思路。
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