纸浆模塑包装结构的缓冲性能及其可靠性研究

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纸浆模塑作为一种新型可降解环保材料,目前已广泛应用于产品的缓冲包装中。对纸浆模塑类缓冲包装结构的缓冲性能及其包装动力可靠性进行探讨,具有重要的理论意义和较大的工程应用价值。本文通过仿真分析和实验研究纸浆模塑的结构参数和缓冲性能间的关系,主要包括以下几个方面的内容:1.对特定纸浆模塑材料的力学性能进行参数测试。运用数字相关法测量材料泊松比和弹性模量,运用静态压缩实验测量了材料的承载能力和弹性系数,得到了准确的材料力学参数。2.对复杂的异型缓冲包装结构进行了分析,从中提取具有代表性的单元结构:立方体型、桶型及台阶型,利用有限元分析软件ANSYS对三种典型结构单元的缓冲性能进行静态压缩仿真分析,得到了不同尺寸下的载荷—应变曲线,描述了纸浆模塑典型结构单元的受力变形的情形,得到了纸浆模塑典型结构单元的弹性载荷小于最大载荷的80%时,缓冲结构单元将发生弹性变形,此时结构具有较好的弹性的结论。并对三种典型结构单元静态缓冲性能进行了比较,为静态缓冲结构设计提出了建议。3.运用ANSYS/LS-DYNA软件,对三种典型结构模型进行了动态冲击仿真分析,得到了各典型结构在冲击载荷下的加速度—时间曲线,通过对静态载荷—最大加速度曲线的分析,明确了各结构单元在受到冲击载荷时的响应情形。并对几种典型结构单元动态缓冲性能进行了比较,给出了典型结构的使用范围。4.通过静态压缩和动态冲击仿真分析,研究了纸浆模塑的纸模厚度、拔模斜度、缓冲高度及接触边长等结构参数对立方体型、桶型和台阶型等典型结构单元缓冲性能的影响状况,得到了纸浆模塑典型结构单元的缓冲性能和纸模厚度成正比;拔模斜度在5-7度左右最优;缓冲高度对缓冲性能的影响和典型结构的底半径或周长有关,其比值在一定范围内时,有着良好的缓冲特性;接触边长与缓冲性能成反比的结论。5.运用了正交试验设计方法,探讨了典型单元的结构参数存在交互作用的情况下,组合因素对系统结构缓冲性能影响的情形,综合考虑了多个因素作用下系统缓冲性能的稳健性。6.通过计算机仿真与实验,研究了典型结构单元的组合结构与典型结构单元间缓冲性能的关系,得到了缓冲结构单元为n个的组合纸浆模塑制品承受的最大载荷是单个缓冲结构单元承受最大载荷的n倍以上的结论;对实际的组合模型的仿真结果和实验结果进行了比较,具有较好的吻合性;并根据实验结论提出了纸浆模塑制品的缓冲结构设计的简单方法。7.建立了缓冲包装结构分析可靠性模型,并利用ANSYS软件的PDS模块进行概率分析,明确了最大应力与若干随机分布参数的概率关系;根据纸浆模塑包装结构在物流中的动力学特性,探讨了缓冲包装结构在最适度包装下的可靠性指标的计算方法,建立了最适度缓冲包装下的包装结构的动力可靠性模型,为进一步发展缓冲包装的可靠性设计提供理论指导。
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