基于本构模型的发泡聚乙烯缓冲特性曲线研究

目的 建立EPE本构模型,并基于本构模型研究EPE缓冲系数-最大应力曲线。方法 通过静态压缩实验得到EPE应力-应变曲线,利用三次Bezier曲线拟合实验曲线,根据拟合曲线求得缓冲系数,从而得到缓冲系数-最大应力曲线。结果 利用三次Bezier曲线拟合得到了EPE分段本构模型,基于本构模型建立了EPE分段缓冲系数-最大应力曲线参数方程。本构模型、基于本构模型建立的EPE缓冲系数-最大应力曲线均收敛于分段点（0.3,0.1075）,且当拟合应力值为0.4529 MPa时,得到缓冲系数最小值（5.0362）。结论 利用三次Bezier曲线拟合得到的应力-应变曲线与实验曲线有很好的拟合度,分别基于本构模型建立的和由实验数据得到的2条EPE缓冲系数-最大应力曲线有较好的拟合度,基于三次Bezier曲线拟合的本构模型研究EPE缓冲特性曲线是可行的。     

建立EPE和蜂窝纸板串联组合本构模型的方法

目的 寻求建立EPE和蜂窝纸板串联组合本构模型的方法,为其他串联组合衬垫本构模型的建立提供参考依据.方法 通过静态压缩试验得到EPE的应力-应变曲线和蜂窝纸板的应力-应变曲线,利用三次Bezier曲线分别拟合其试验曲线,根据拟合曲线求EPE和蜂窝纸板串联组合的应力-应变曲线.结果 EPE和蜂窝纸板的拟合曲线与其各自的试验曲线有很好的吻合度,用同样的方法拟合得到的串联组合的应力-应变曲线与基于其各自的本构模型计算得到的串联组合的应力-应变曲线亦很好地吻合.结论 利用文中方法得到串联组合本构模型是可行的,为缓冲包装设计提供了参考依据.     

蜂窝纸板缓冲性能实验数据的建模与实现

根据蜂窝纸板缓冲性能实验数据的测试,提出了采用数据建模方法对实验数据进行处理,该方法基于多项式最小二乘法,采用递减坐标点法分段拟合缓冲实验数据,既能修正实验数据测试误差,又能使缓冲性能曲线得到函数优化,为蜂窝纸板衬垫的设计提供了依据.     

聚氨酯蜂窝纸板动力学性能及其本构模型

将聚氨酯填充到蜂窝纸板的孔隙中制作了聚氨酯蜂窝纸板复合材料,进而对其进行落锤冲击实验。通过落锤实验得到聚氨酯蜂窝纸板复合材料的应力-应变曲线,对影响其动力学性能的复合材料孔径、厚度、横截面尺寸及冲击速率四个因素进行了分析。结果表明:复合材料的动态屈服强度和动态弹性极限随着蜂窝纸芯的孔径、复合材料厚度和横截面积的增大而减小,随着冲击速率的增大而提高。在实验数据的基础上拟合了复合材料的动态本构方程,并对本构方程与实验数据进行了比较,拟合效果较好。     

蜂窝纸板一维动态本构关系及应用

为了在蜂窝纸板一维压缩应力-应变曲线基础上建立其一维本构关系,首先得到蜂窝纸板在应变率0.0017/s~114.3/s范围内的试验压缩行为。试验结果表明蜂窝纸板呈现较强的率相关性,这是由于蜂窝结构的横向惯性作用引起的。基于最低应变率0.0017/s压缩载荷下的应力-应变数据,提出了形状函数,用于精确拟合蜂窝纸板应力-应变曲线所表现的线弹性、应力软化、屈服平台和压实等四个典型特征。然后在形状函数的基础上,考虑应变率的影响,得到蜂窝纸板一维动态本构关系。最后研究了易损件-产品主体-蜂窝纸板缓冲系统在跌落冲击载荷下的冲击响应,得到缓冲系统的最大加速度-静应力曲线,所得出的结论可以直接用于具有易损件物品的缓冲设计。     

疲劳效应对蜂窝纸板系统的内共振条件参数影响的研究

研究了疲劳压缩条件下,蜂窝纸板内共振条件的参数变化规律。首先,对预压缩后的蜂窝纸板进行不同次数疲劳压缩,接着进行准静态压缩,最后将得到的应力-应变曲线多项式拟合后得到蜂窝纸板本构模型参数值。利用变分迭代法得到单自由度和二自由度蜂窝纸板内共振条件,最后由本构模型参数计算得到内共振条件参数的变化规律。该结果对避免蜂窝纸板缓冲包装设计内共振的产生具有一定意义。     

蜂窝纸板静态压缩力学性能建模研究

分析了蜂窝纸板准静态加载下的压缩特性,采用分段函数的方法根据蜂窝纸板压缩过程中的4种主要变形机制建立了蜂窝纸板的压缩本构模型并用实验进行了验证,模型中采用了标准化应力,通过一幅图即可方便地总结一族具有同样材质,同样厚跨比t/l的蜂窝纸板的性能,为新型蜂窝纸板的结构开发和缓冲包装用蜂窝纸板合理选材提供了理论依据.     

蜂窝/ 瓦楞叠合纸板的缓冲性能研究

结合蜂窝纸板和瓦楞纸板的粘弹塑性和压缩破损机理,通过静态压缩实验,得到了蜂窝纸板和蜂窝/ 瓦楞纸板的应力应变曲线和缓冲系数应变曲线,建立了两者的静态本构关系,并分析了缓冲特性曲线。结果表明,蜂窝/ 瓦楞纸板的缓冲性能较蜂窝纸板更佳,为以瓦楞纸箱为外包装箱,蜂窝纸板为缓冲材料的包装件系统的优化设计提供参考。     

EPE动态冲击曲线拟合函数对比

目的针对多项式函数拟合发泡聚乙烯泡沫(EPE)动态冲击曲线不准确的问题,构建精确且简洁的数学模型以解决此问题。方法选用对勾函数、双指数函数及常见的二次、三次多项式函数对实验数据进行拟合,拟合点共8个。改变实验材料的密度、厚度及实验的跌落高度,对比分析4种数学模型的拟合效果。结果双指数函数和对勾函数的拟合度均可达到0.98以上,二次和三次多项式函数拟合度低于0.9,且拟合效果不稳定,在拟合曲线的最低点误差较大。结论与双指数函数相比,对勾函数的参数较少,拟合效果相近时,在实际应用中更易推广。     

蜂窝纸板静态压缩试验研究及其模拟分析

对4种不同厚度的蜂窝纸板进行了静态压缩的完全加载和二次加载实验,结果表明:完全加载过程有4个明显的阶段;最大压力都为屈服力的2~3倍;30 mm厚度的蜂窝纸板其屈服阶段占厚度的百分比最大;二次加载的实验曲线分为3个阶段,可以有效消除蜂窝纸板的屈服强度峰值,改善蜂窝纸板的缓冲特性。AN-SYS软件模拟分析表明:距离面纸1/5~2/5处的蜂窝纸芯最容易屈服变形;粘结处变形比各面上变形量大;中间部位易产生向内变形,而两端易产生向外变形。     

一种新型蜂窝纸板包边工艺及其制品缓冲性能研究

提出了一种新型的蜂窝纸板包边工艺,以实现包边工序的机械化和自动化,并研究了该包边工艺下制品侧面的缓冲性能。对传统手工包边工艺生产的蜂窝纸板与所提出新型包边工艺生产的蜂窝纸板进行了对比实验,并采用多次曲线拟合的方法比较所得实验结果。研究结果表明,新型蜂窝纸板包边工艺是切实可行的,蜂窝纸板侧面在受集中载荷时,新型的包边工艺生产的蜂窝纸板的侧面缓冲吸能能力大于同种规格手工包边方式生产的蜂窝纸板;当蜂窝纸板的厚度小于40 mm时,传统手工包边工艺生产的蜂窝纸板的缓冲吸能能力随蜂窝纸板厚度的增加没有明显的变化趋势,而采用新型包边工艺生产的蜂窝纸板,其缓冲吸能能力随着蜂窝纸板厚度的增加而增强。     

蜂窝纸板缓冲曲线特征分析

分析了典型缓冲材料与蜂窝纸板力学模型的应力-应变曲线及缓冲系数-最大应力曲线特征,并提出了利用缓冲系数-最大应力曲线设计蜂窝纸板缓冲衬垫的方法。研究结果表明:典型缓冲材料的应力-应变曲线呈现单调递增趋势;蜂窝纸板的应力-应变曲线特征比较复杂,分为线弹性阶段、屈曲变形阶段、密实化阶段;蜂窝纸板的缓冲系数-最大应力曲线不规则,线弹性阶段的缓冲系数较大,缓冲效率不高,在该阶段可以与其它缓冲材料组合使用,屈曲变形阶段的缓冲系数及应力均较小,缓冲效率较高,但需要跨越峰值应力,在该阶段衬垫设计按照线弹性阶段的峰值应力计算,密实化阶段的材料承受应力较大,不利于保护产品。预压后的蜂窝纸板损失了部分承载能力,其缓冲系数-最大应力曲线平滑,因而其衬垫可按照经典缓冲衬垫设计方法进行设计。     

蜂窝纸板疲劳累积损伤模型实验研究

目的通过疲劳压缩实验,建立蜂窝纸板疲劳累积损伤模型。方法首先对蜂窝纸板进行一定的预压缩,然后进行不同次数疲劳压缩试验,最后将疲劳试样进行准静态压缩。结果随着压缩次数的增加,纸板的承载能力、平台应力均有所降低;蜂窝纸板的屈服应力尖峰消失;应力-应变曲线变为3个阶段,即线弹性阶段、平台阶段和密实化阶段;当压缩次数在30 000次左右时平台应力下降比较大,在30 000~50 000次时,下降比较小,之后微弱变化。结论蜂窝纸板疲劳压缩后平台应力会发生变化,呈现出先剧烈后微弱降低;选取剩余平台应力为损伤参量,结合损伤累积方法建立了蜂窝纸板疲劳累积损伤模型。     

蜂窝纸板振动传递特性的有限元仿真分析

目的针对蜂窝纸板的振动防护性能,研究不同结构和材料参数的蜂窝纸板振动传递特性的有限元仿真分析方法。方法利用有限元软件Abaqus/Standard建立蜂窝纸板-质量系统模型,设定2种蜂窝纸板,分别具有不同的面纸材料参数和蜂窝胞元边长。仿真分析蜂窝纸板的振动传递特性,并对其进行实验验证。结果通过仿真和实验得到了蜂窝纸板的振动传递率-频率曲线,共振频率的仿真结果与实验值误差小于3.43%,共振时振动传递率的仿真结果与实验值误差小于11.31%。结论利用该有限元仿真方法,能够获得不同结构和材料参数的蜂窝纸板的振动传递特性。仿真分析结果表明,面纸定量对蜂窝纸板振动传递特性的影响不大,而蜂窝胞元边长较大的蜂窝纸板,其系统共振频率较小,振动传递率变化不明显。     

芯子开槽对蜂窝纸板平压强度的影响

在试验的基础上,研究了芯子开槽后蜂窝纸板平压强度的变化情况,并得到了蜂窝纸板的压缩特性曲线。试验结果表明,芯子的一侧均匀开槽后的蜂窝纸板,其平压强度较未开槽的蜂窝纸板的平压强度高。     

能量吸收图法在蜂窝纸板中的应用

目的研究能量吸收图法在蜂窝纸板中可行的应用方法。方法通过以肩部包络线构成能量吸收图的方法和以屈服对应点连线构成能量吸收图的方法对同一个算例进行分析,分别得到各自最佳的蜂窝纸板厚度和单层芯纸厚度。然后以产品的最大许用应力分别进行压缩,查看其压缩变形情况。采用跌落的方法查看其最大变形、产品动能的变化曲线、位移变化曲线和加速度变化曲线,以此来考查这2种方法的可行性。结果通过肩点法得到优化结果,由于产品最大许用应力小于蜂窝板的屈服应力,蜂窝板无法通过层叠变形吸收产品的跌落冲击能量,使得产品响应加速度过大,进而发生破损。通过屈服对应点法得到优化结果,由于产品最大许用应力可以克服蜂窝板的屈服应力,使得蜂窝板可以变形吸能,并可以在达到产品最大许用应力前吸收完所有的能量,可以有效地保护产品。结论文中所用的屈服对应点法在不考虑实际安全系数的基础上,将产品的最大许用应力对应于缓冲材料的屈服应力,所得的优化材料可以有效地对产品起到缓冲保护作用。     

基于MATLAB的蜂窝纸板缓冲包装系统参数辨识

通过正弦振动试验,研究了蜂窝纸板缓冲包装系统的振动特性,获得了蜂窝纸板的振动传递率曲线。采用MATLAB软件,利用最小二乘法对振动传递函数中的fn和c进行辨识,得到了理论传递率函数,并与试验数值进行了对比分析,证明了运用MATLAB和最小二乘法识别蜂窝纸板系统参数是可行的,具有较高的精度。利用识别出的固有频率和阻尼系数,对不同尺寸的蜂窝纸板进行了预测,预测结果与试验结果比较接近。