某型包装箱的低密度聚乙烯缓冲结构设计与分析

目的 基于低密度聚乙烯材料设计一种包装箱的缓冲结构,以满足冲击加速度的设计要求。方法 采用低密度聚乙烯材料对应的最大加速度-静应力曲线进行理论计算,设计出包装箱缓冲结构的初始模型,运用Ansys Workbench有限元仿真软件对包装箱整体进行水平跌落仿真,并对仿真结果进行分析。结果 当缓冲垫设计厚度为75 mm时,包装箱整体跌落后受到的最大冲击加速度低于40g,满足设计要求。结论 基于低密度聚乙烯材料设计的缓冲结构能够对包装箱提供有效的缓冲防护,缓冲性能满足要求。     

缓冲包装跌落仿真误差分析

目的研究Ansys/LS-DYNA DTM模块跌落仿真分析与经典缓冲包装设计方法之间的误差,并分析阻尼及摩擦因数对仿真结果的影响。方法基于经典缓冲包装设计方法,分别设计线弹性与双线性材料为缓冲材料的产品-衬垫系统;利用Ansys/LS-DYNA DTM模块对线弹性与双线性缓冲材料的产品-衬垫系统进行跌落分析,对比分析理论设计与仿真分析结果。结果对于线弹性材料与双线性缓冲材料的产品-衬垫系统,Ansys/LS-DYNA DTM模块跌落仿真分析与经典缓冲包装理论设计之间的误差均在5%以内。系统阻尼的增加导致所受最大冲击加速度减小;摩擦因数对所受最大冲击加速度影响较小;线性粘滞系数的增加导致所受最大冲击加速度增加。结论对于一般的工程应用,Ansys/LS-DYNA DTM模块跌落仿真分析方法与经典缓冲包装设计方法之间的误差在允许范围内。     

全瓦楞纸板的红酒包装内衬设计及跌落分析

目的为了更加便捷地运输和包装红酒等易碎玻璃制品,赋予其运输安全性、销售展示的美观性和一体性的功能。方法以750 mL溜肩红酒瓶为例,选择A型和B型瓦楞纸板,利用瓦楞纸板的挺度和折叠性对内衬结构进行造型设计,从而实现内衬结构的一板折叠成型。对红酒运输包装件进行跌落试验,得到红酒瓶的最大加速度曲线,然后利用Pro/E软件建立实体模型,导入有限元软件ABAQUS进行跌落仿真,得到包装件响应加速度曲线。结果 z方向最大加速度为215.33 m/s~2,比水平方向的冲击加速度低很多,即z方向跌落冲击缓冲性能好于水平方向。与跌落试验结果相比,误差均在可接受的范围内,表明有限元模型的建立是合理的,能够较好地反映所设计的红酒包装件在跌落过程中的动态缓冲特性。结论内衬结构全部采用环保的瓦楞纸板材料,易于加工成型。瓦楞纸板良好的缓冲性能和包装特性降低了红酒在运输过程中的破损率,这种全瓦楞纸板的内衬结构设计不仅克服了红酒传统运输包装的缺陷,而且弥补了纸质红酒包装结构单一的缺点,对产品最大响应加速度的分析表明该结构设计能够满足红酒瓶直立放置时的冲击防护要求。     

抗高过载防护结构的设计与性能测试

目的弹载记录仪在回收过程中,存在记录仪因硬着陆产生的高冲击力和高过载加速度使仪器损毁而致有效数据失效的现象。针对该问题设计新型双层壳体两级缓冲隔离的电路防护结构,并进行性能测试。方法结合Ansys/Workbench有限元数值模拟软件仿真分析该结构在冲击过程中的形变和受冲击过载特性,同时使用马歇特锤对使用该防护结构的记录仪模拟高冲击、高过载环境实验,由记录仪存储双层防护壳体内外嵌入的加速度传感器信号,并对多次试验信号数据进行处理和分析。结果在过载加速度小于25 000g时,该多层防护结构具有良好的缓冲效果,对记录仪保护效果良好;各层材料的声阻抗差别会影响整体保护效果,差别越大效果越好。结论该防护结构在高过载冲击环境下能有效衰减冲击效应,保护电子设备的安全。     

基于不同防护材料易碎品运输可靠性结构设计

目的研究易碎品在运输包装过程中不同防护材质缓冲包装结构的防护性能。方法通过Ansys Workbench中的模态分析(Modal)和随机振动分析模块(RandomVibration),对模型进行模态和随机振动仿真分析,得到易碎品的各向应力、位移、总应力等,分析对比2种防护材质的仿真结果,选取最优的缓冲方案,并进行随机振动和跌落实验。结果 2种防护材质下缓冲结构都具有良好的防护性能,选择设计的EPE缓冲结构更具有经济环保性,且在随机振动和跌落试验中,包装件没有发生变形和损坏,内容物完好。结论为易碎品低成本、高可靠性的结构设计提供了思路,也为产品性能的预测和运输方案的检测提供了一种分析手段。     

工控设备缓冲包装跌落试验及其仿真分析

目的研究某工控设备缓冲包装的跌落数值仿真技术。方法建立一种工控设备缓冲包装的跌落仿真模型,从仿真结果中获得跌落加速度曲线和产品的等效应力云图,观察缓冲包装的变形动画;对比缓冲包装的跌落试验,验证了跌落仿真模型;基于验证的跌落仿真模型,研究EPE衬垫尺寸对缓冲包装跌落冲击响应的影响规律。结果跌落仿真与跌落试验的加速度曲线趋势基本吻合,峰值加速度相差仅0.8%;仿真的等效应力云图显示产品满足强度要求,未发生永久变形,与跌落试验结果一致。对EPE衬垫尺寸的跌落缓冲研究表明,相对于缓冲面积,缓冲厚度的大小对跌落加速度具有更为显著的影响。结论建立的跌落仿真模型具有较高的模拟精度,为产品的缓冲包装结构设计及其优化奠定了良好基础。     

聚乙烯泡沫缓冲系统跌落冲击过载仿真分析

目的将聚乙烯泡沫静态压缩特性引入有限元中创建材料,并应用于跌落冲击进行过载仿真分析。方法通过聚乙烯泡沫静态压缩实验,得到材料真实应力-应变曲线,并引入基于Ansys的Crushable Foam模型,最后仿真分析聚乙烯泡沫缓冲系统的跌落冲击过载,并与跌落实验结果进行对比分析。结果聚乙烯泡沫缓冲系统的仿真冲击加速度曲线与跌落实验曲线趋势基本吻合。结论基于Crushable Foam模型的聚乙烯泡沫静态压缩性能的引入可行、有效,并为非线性缓冲系统有限元分析提供了参考价值。     

落石冲击下桥墩刚柔叠层防护结构的缓冲耗能试验研究

山区工程结构的落石冲击灾害问题显著,耗能缓冲防护结构能有效减小冲击灾害。针对桥墩的冲击防护,设计了型钢-泡沫板、型钢-混凝土和泡沫板-混凝土三种耗能缓冲结构,通过对三种防护结构在落石冲击下的破坏模式及试验动力响应过程分析,揭示刚柔叠层冲击防护结构的耗能缓冲机理。试验结果表明：利用刚性外层可将冲击能量有效扩散至内部柔性缓冲层,充分发挥刚柔层的耗能及缓冲性能;混凝土泡沫板防护结构综合性能最优,对比无防护结构,其可使落石冲击钢筋混凝土试验板的冲击持续时间延长9～10倍,平均冲击力减至无防护结构的1/10以下,具有良好的耗能缓冲性能。     

适于电商物流蛋类产品的包装设计

目的研究EPE材料包装电商物流鸡蛋的缓冲结构。方法采用EPE材料,设计圆形、方形和梅花形等3种蛋托缓冲结构,外包装采用瓦楞纸箱,利用跌落试验机对包装件进行模拟跌落试验。结果通过对3种包装进行跌落试验,得到最大响应加速度分别为31.26g,43.76g,46.25g,均小于鸡蛋的脆值50g,其中圆形蛋托跌落的最大响应加速度最小,对鸡蛋的保护性最好。结论只要EPE缓冲结构设计合理,完全能够满足蛋类产品的电商物流包装要求。     

EPE棱跌落缓冲性能试验研究

目的对EPE棱跌落的缓冲性能进行试验研究,验证现有棱跌落当量面积计算方法的局限性,并探索动态当量面积的计算方法。方法通过动态冲击试验研究,对比棱线接触、V台接触和纸箱包装棱部冲击等3种接触方式对当量面积大小的影响程度,以及构成棱部缓冲结构中边长、棱长与缓冲作用的关系。结果 3种接触方式动态冲击试验获得的最大加速度-静应力曲线族表明:在构成的棱部缓冲结构中,在相同当量面积条件下,棱长的增加会降低冲击接触应力和加速度;边长变化对实际应用中缓冲效果的影响不显著。结论现有当量面积计算方法无法作为可靠的缓冲设计依据。在棱跌落冲击状态下,棱垫的边长变化较棱长对缓冲性能有更大的影响。     

基于Ansys的纸浆模塑成型设备吸浆模支架轻量化设计

目的利用有限元分析软件Ansys对纸浆模塑成型设备吸浆模支架进行轻量化设计。方法首先运用APDL建立了支架参数化有限元模型,对其进行了静力分析,结果表明,支架强度存在较大富裕,具有轻量化的优化空间;选取支架许用应力作为状态变量,支架总质量作为优化目标函数,基于Ansys Design Opt模块,采用一阶优化方法对支架进行了轻量化设计。结果优化后,支架总质量降低了33%,节约了生产成本。结论提出了纸浆模塑吸浆模支架结构轻量化的优化设计方案。     

基于增量分析法的机床薄弱模块识别方法及应用

串联式机床整机的刚度受到刚度最小的薄弱模块的制约。为了提高机床整机的刚度,提出了一种新的机床薄弱模块识别方法。首先,利用模块化设计方法对机床进行模块划分。然后,将包含主轴的最小模块作为基础模块,逐一添加同一串联结构中的模块,通过分析添加某个模块后结构变形量的增量来确定机床的薄弱模块。最后,对识别出的薄弱模块进行结构改进,并以机床的整机质量,X、Y、Z向变形量和动态特性为评价指标,利用基于熵权法的模糊综合评价法对结构改进前后机床的性能进行对比,以验证所提出方法的可行性。C型搅拌摩擦焊机床薄弱模块识别实例的结果表明,所提出的方法不仅能够准确识别机床的薄弱模块,而且能够准确获取薄弱模块的薄弱方向。研究结果可为机床结构的改进奠定理论基础。     

异形产品缓冲包装CAD系统的研究与开发

介绍了异形产品缓冲包装CAD系统的总体构成、主要功能模块以及系统的开发与实现.系统以异形产品为研究对象,基于OpenGL技术,使用VisualC++进行软件开发,实现能够集成缓冲衬垫计算与校核、瓦楞纸箱计算与校核、托盘集装设计及产品信息数据处理、图片显示等功能一体化的缓冲包装CAD系统.     

基于缓冲材料选择的打印机防护包装设计

目的提高打印机包装的缓冲性能,避免打印机在流通过程中可能造成的外观性功能性损坏,从而造成不必要的损失。方法通过缓冲材料动态压缩实验,分析对比EPE和EPS的缓冲性能,从而设计缓冲结构,使整体包装包装具有优良的容装性、保护性和方便性。对包装件进行包装测试。结果经过分析对比厚度相同的EPE和EPS可知,EPE吸收的能量更多,缓冲性能更强。A瓦相较于B,E瓦的边压强度更高、缓冲强度更好。结论选择EPE作为缓冲材料,A型瓦楞纸板作为外包装材料设计打印机的整体运输包装。经震动测试加速度在许用范围之内时装载物并未受到损坏,跌落测试下包装件未受到严重损坏,因此打印机整体运输包装具有可行性。     

刚体碰撞约束柔性体局部撞击载荷特征分析

目的 掌握碰撞局部撞击载荷及其特征,为产品安全防护设计、碰撞响应分析与评估提供理论基础。方法 抽象刚体碰撞柔性体的共性特征,分别将被撞击柔性体的碰撞局部刚度特性和整体结构效应表征为弹簧力-位移关系,建立系统的二自由度刚-柔碰撞动力学模型,应用数值方法系统分析刚柔碰撞局部撞击载荷的特征及不同因素的影响。结果 获得了刚体初始碰撞速度、柔性体碰撞局部刚度特性与整体结构效应等主要因素对局部撞击载荷时程、冲量、峰值和脉宽等撞击载荷特征的影响规律。结论 深化了刚-柔碰撞局部撞击载荷的认知,为防护结构设计提供了理论基础。     

基于ANSYS强度仿真与动力学测试的包装结构优化设计

目的 在保障机械结构强度的前提下,对消费量大的某泵用木包装结构进行优化设计,对机械强度进行CAE有限元仿真,并进行振动跌落冲击测试,以降低成本提高产品价值。方法 首先分析产品的使用功能,设计新型包装方案,将原有铁底板支撑结构优化改为用材更少的V型木质支撑结构,建立力学模型,进行底强度分析以及稳定性计算;然后运用SolidWorks建立3D模型,运用ANSYS Workbench进行仿真评估;最后生产出新型包装,并根据包装测试标准进行了测试。结果 新的包装结构用V型木质取代了铁底板支撑,节约了100%的铁质包装材料,并通过了冲击振动跌落测试。优化设计的新包装型式能满足运输过程中的冲击振动跌落等产品保护要求,满足运输稳定性的功能要求。结论 本文以价值工程理念为指导,优化设计的新包装结构,在满足产品功能的同时节约了成本,是价值工程在包装优化领域极好的运用,为机械工程领域包装工程师提供了设计参考和解决方案。     

面向星球探测的高速撞击穿透器缓冲防护设计与仿真分析

高速撞击穿透器以碰撞的方式嵌入天体内部,由于其着陆速度大,碰撞产生的过载严重,为了保证科学载荷在碰撞后能正常工作并且足够灵敏,必须对其进行减振防护。该研究对穿透器的减振结构进行设计,采用非线性有限元技术对穿透器的侵彻过程进行仿真分析,确定了穿透器的着陆速度,并研究了主要减振结构,即泡沫填充铝薄壁管,在碰撞载荷作用下的动态响应和能量吸收问题。从分析结果看,泡沫铝填充薄壁管在隔冲效率和能量吸收方面有较好的效果。     

火箭筒托架零件一体化成形分析及轻量化设计

目的 研究某型号火箭筒托架零件一体化成形及工况载荷下的结构轻量化设计方法。方法 提出了基于3D打印制造的铝合金一体化快速成形方法,并结合有限元分析和理论公式,得出了一体化托架在冲击载荷作用下的结构强度评估方法,进行了变形、应变及应力分析,在此基础上对托架进行了轻量化优化设计。结果 在满足强度要求的情况下,一体化托架相对传统成形整体质量减轻了153.535 g,减少了41.76%,效果明显。结论 实现了托架的一体化成形,完成了托架的轻量化设计,研究结果为火箭筒零件一体化成形及冲击载荷下结构的轻量化设计提供了参考。     

基于马歇特锤实验的聚氨酯缓冲性能分析

目的为了测试聚氨酯材料的缓冲性能,设计合适的环阻尼缓冲防护结构,从而使系统有更好的缓冲性能和稳定性。方法以某高过载测试电子记录器中环阻尼缓冲防护结构为例,建立了有阻尼的质量弹簧系统数学模型,通过动态马歇特锤实验对钢壳内侧壁与内胆盖外侧壁、内胆外侧壁之间灌封的聚氨酯材料的缓冲性能进行了分析研究。结果马歇特锤分别打10个、17个和20个齿时,均是直径为46 mm的内胆最大加速度值最小。结论螺距相同时,直径为46 mm的内胆相对于钢壳运动的位移幅值最小,为最优设计方案。