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湖北工业大学硕士学位论文
摘要
纸浆模塑包装材料作为一种可降解材料已经广泛应用于产品的包装当中。已
有的研究虽然表明纸浆模塑制品的缓冲性能与其结构形式、形状尺寸及原料组成
密切相关,但是尚没有建立它们之间的定量关系。因此,关于缓冲包装结构参数
对包装结构缓冲性能影响的研究就显得十分必要。本文运用有限元法
结构体的形状、几何斜度、厚度和高度等结构参数与结构体在包装应用中的抗压
能力和缓和冲击与振动的保护性能之间的关系进行了分析,主要包括了以下几方
面的内容:
对缓冲包装结构进行了分解,从中提取具有代表性的单元结构——肋形、
桶形及台阶形,并找出了影响其缓冲性能的主要因素。
将缓冲包装结构仿真与有限元分析软件嘟岷稀@肁对
缓冲包装结构进行了建模、单元选择及网格划分;同时通过对纸浆模塑缓冲单元
结构载荷变形曲线的分析,对纸浆模塑缓冲包装结构失效提出了非线性屈曲的判
别方法,同时将此方法用于软件分析仿真当中。
利用缘ピ=峁辜捌渥楹辖辛司蔡顾醴抡娣治觯贸隽嗽睾
一一应变曲线,并进行了对比分析,为静态缓冲设计提出了几点建议;运用
.软件刑各结构模型进行了动态冲击仿真分析,通过对静态载荷——最人
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。
运用了质量工程学的稳健性设计方法,对模型系统的稳健性及因素的交互
作用进行了分析。综合考虑了多个因素对系统的影响程度,使缓冲包装设计理论
得到了更进一步的发展。
关键词:缓冲包装,纸浆模塑,有限元法,仿真,稳健性设计
湖北工业大学硕士学位论文
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湖北工业大学硕士学位论文
第绪论
选题的目的和意义
随着经济的发展,产品跨省跨国运输的增多,产品的缓冲包装越来越受到人
们的关注。与此同时人类所面临环境污染和资源匮乏的情况却愈发严重,为了人
类的可持续发展,选择可降解材料为主要包装材料已成为世界包装发展的主流。
以纸浆模塑制品为主要研究对象,探讨包装的几何结构与其缓冲性能之间的关系,
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近十几年来,纸浆模塑制品迅速发展,尽管已有很多的研究者对纸浆模塑材
料的缓冲曲线、纸浆模塑制品结构缓冲性能等方面做了很多的研究,但上述研究
还大都处在试验研究阶段,至今理论也仅仅是对试验结果的拟合、修正,而且研
究的对象还只是一些诸如圆形、方型等简单结构。从理论上加强结构设计的研究
是今后缓冲包装发展的重要方向。
本课题来源于教育部《高等学校骨干教师资助计划》项目——异型缓冲包装
结构的可靠性设计。课题的目的在于从振动和冲击以及强度角度出发,依据纸浆
模塑类缓冲包装材料的非线性,考虑产品在运输过程中遇到的各种随机因素,以
结构动力学为基础,综合运用有限元分析、计算机仿真试验、可靠性技术以及高
速摄影等技术,探讨几何结构类缓冲包装的缓冲机理,并以此为基础,解决缓冲
挚几何结构设计理论若干问题,发展包装动力学理论。本文主要从研究缓冲包装
结构单元出发,进而确定典型结构,如:锥形、图形以及盘旋形结构,在几何形
状确定的情况下由于某些参数叨取⒔哟ケ叱ぁ⒓负涡倍取⒛1诤穸发生改
变时对其缓冲能力的影响。从而得出在普遍意义上的结构尺寸与缓冲性麓之间的
关系。同时通过选择可控因素的优化水平组合,便结构性能对各种干扰最不敏感,
从而提高设计结构的稳健性。
课题的国内外发展、研究状况
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.缓冲包装材料的研究
湖北工业大学硕士学位论文
缓冲包装技术发展到今天,已研制出很多性能良好的缓冲材料,如发泡材料。
人们除研究其生产制造工艺外,还对其力学性能进行了广泛、深入的研究,并取
得了一系列的理论成果。在模型的基础上讨论了泡沫塑料的力学行为,得到拉伸、
压缩、剪切强度和弹性模量等力学参数的计算结果并以实验测量结果进行验证,
探讨了应变和温度对泡沫塑料力学性能的影响,阻及深浅的缓冲特性、能量吸收
和阻尼特性;同时提出了增强泡沫塑料力学性能的方法【”。
在保护环境的呼声日以商涨的今天,以可降嬲材料为主要包装材料已成为世
界包装可持续发展的主流。目前使用的绿色包装材料主要有纸质缓冲包装材料
楞纸板、蜂窝纸板、纸浆模塑制品婊撼宀牧希参锵宋嗷撼灏安牧系取
纸制包装被提到了第一位。菽芰现破分饕5奶娲肥侵浇K苤破罚
但由于其制品过于致