随机振动下产品包装系统传递路径分析

实验研究不同激励谱型、不同振动等级、不同缓冲衬垫厚度和不同衬垫分配方式下产品包装系统的振动响应规律,利用工况传递路径分析法（OTPA）量化随机振动下产品包装系统各传递路径的振动贡献量。结果表明：当振动等级较高时,包装件出现轻微跳动现象,系统振动响应增大,共振频率略微减小;随着缓冲衬垫厚度的增加,系统共振频率减小,不同激励谱下关键元件的加速度响应功率谱密度（PSD）有所差异,振动响应与系统共振频率处的激励能量大小有关,衬垫厚度对各路径的振动贡献量影响较小;衬垫分配方式对关键元件上的响应 PSD 影响较大,不同衬垫分配方式可调节各传递路径的振动贡献量大小;当缓冲衬垫面积均匀分配时,利用 OTPA 方法识别出系统的主要振动贡献路径,将其定义为关键振动传递路径,关键元件的响应与关键振动传递路径在共振频率附近的振动贡献量紧密相关,缓冲包装设计应重点关注关键振动传递路径的减振设计。研究结果为进一步研究缓冲包装设计方法提供理论支撑。     

随机振动下产品包装件动态响应的实验研究和有限元分析

实验研究了产品包装件在四种振动等级、三种约束方式下的随机振动特性,采用有限元法进一步分析固定约束方式下产品包装件的响应特性以及纸箱和衬垫的应力和变形情况。研究结果表明,产品的加速度响应功率谱主要取决于共振区域的激励加速度功率谱,包装起到了在共振区域的带通和放大作用。随着约束方式的加强,产品包装件共振频率增大,固定约束方式下的共振加速度功率谱峰值明显大于无约束和弹性约束方式下的共振加速度功率谱峰值。有限元计算得到的共振频率和产品加速度功率谱与实验结果较好吻合,产品加速度功率谱峰值对系统阻尼系数十分敏感。有限元法为物流随机振动环境作用下产品包装件的分析与设计提供了有效手段。     

不同谱型激励下包装件动态响应研究

根据正弦扫频振动试验结果设置共振频率区域谱型相同、非共振频率区域谱型不同的两种加速度随机振动功率谱(PSD)激励。研究了非线性包装系统在3种约束、3种振动等级下,上述两种谱型激励对产品加速度响应和包装件动压力响应的影响。研究结果表明:相同约束和激励等级条件下,两种激励谱在激励相同的区域产品加速度响应PSD基本一致,包装件动压力响应PSD也基本一致;当振动强度较高时,由于阻尼影响,共振点附近小范围内两种谱型激励的响应存在一定偏差;两种谱型激励的加速度响应概率密度分布大致相同,且加速度响应的均值、均方差、偏度和峭度均比较接近;两种谱型激励下动压力峰值分布存在一定差异,谱型1的动压力峰值分布更窄、更高,但两种谱型激励下动压力响应的均值、均方差、均值穿越次数、峰值数和带宽系数均比较接近;共振区域的激励控制了整个非线性包装系统的响应。     

两层堆码包装单元的随机振动响应

试验研究了两层堆码包装单元在不同振动等级、不同约束方式下的随机振动响应,对固定约束方式下堆码包装单元的响应特性采用有限元法作了进一步分析。结果表明:两层堆码包装单元顶层产品的振动主要受第一共振频率控制,底层产品的振动受到第一和第二共振频率共同控制。产品加速度在共振频率附近的响应很大,在非共振频率范围的响应很小。产品加速度响应功率谱主要为产品的共振响应谱。有限元计算得到的共振频率和产品加速度PSD曲线趋势与试验结果较好吻合,表明有限元法是堆码包装单元随机振动响应分析的有效方法。     

分析天平包装件随机振动仿真分析及优化设计

将有限元分析方法应用于分析天平包装件的模态分析和随机振动的加速度PSD分析,以获得应力分布云图和加速度功率谱密度响应曲线;对缓冲衬垫进行多目标优化设计以获得低成本高性能的缓冲结构。在Solidworks中建立有限元模型,用Ansys Workbench进行动力学仿真,分析包装件运输过程中的变形和振动情况,找出缓冲衬垫的薄弱点,以响应加速度、最大变形量和包装件质量为目标函数对分析天平缓冲衬垫进行响应曲面优化设计。经过响应曲面优化分析,优化值与初始值相比,包装件各项性能得到了提升。通过对分析天平包装件的仿真分析和优化设计,可以对缓冲衬垫结构尺寸进行改进,降低产品运输途中的破损率,并实现缓冲结构轻量化。     

参数振动系统频响特性研究

采用矩阵谱分解中常用的Sylvester理论和Fourier级数展开法,推导了单自由度参数振动系统的频响函数,并得到了系统外激励共振条件。在此基础上,以直齿轮副参数振动系统为例仿真了系统的频响特性,并讨论了系统参数稳定性、时变参数以及阻尼的影响。结果表明,参数振动系统的频响特性主要有以下一些特点:(1)系统具有多个频响函数,分别对应于多频响应中的各个频率成分;(2)系统存在多个外激励共振区。除了外激励频率等于系统固有频率的共振区外,当激励频率等于系统固有频率与参数激励频率的组合值时,同样存在共振现象;(3)参数振动系统共振响应时,主导频率成分为系统固有频率;(4)阻尼使得频响函数峰值有明显下降,而对非共振区的频响曲线影响不大。     

猕猴桃的模拟振动实验及特性研究

目的研究猕猴桃在运输过程中振动特性以及机械损伤的影响因素,为增强水果运输包装的防护性提供可靠的理论依据。方法通过扫频振动实验检测猕猴桃的共振频率;基于正交实验分析法进行猕猴桃的定频振动实验,分析振动加速度、包装缓冲材料、振动时间和堆码层数等因素对表面损伤指数和振动传递率的影响,从而获得造成猕猴桃机械损伤的敏感因子。结果当振动加速度为0.15g时,猕猴桃的共振频率为85.2Hz;采用纸屑作为缓冲材料的整体包装,猕猴桃的受损程度最小,其振动传递率也较小。结论对表面损伤指数和振动传递率影响最大的因子均为缓冲包装结构,纸屑衬垫和EPS衬垫的缓冲性能优于PET衬垫。振动传递率越大,表面损伤指数越大。     

颗粒阻尼系统动力学特性研究

对带有颗粒阻尼的简支梁系统的动力学特性进行了研究.文中首先通过实验方法对未加颗粒阻尼和添加颗粒阻尼的简支梁加速度幅频响应进行对比,发现颗粒阻尼能够有效地抑制系统共振峰值,降低系统共振频率的特点;在基础做简谐振动情况下,得到颗粒体对系统产生的冲击力受约化加速度控制会经历一系列倍周期分岔的规律,给出了分岔周期冲击力的谐波分量表达式;最后,推导出含颗粒阻尼单自由度系统在简谐激励作用下稳态响应的计算公式.     

啤酒瓶周转箱随机振动响应的实验研究

实验研究不同加速度激励谱型、不同振动等级和不同约束方式下啤酒瓶周转箱的随机振动响应规律。实验结果表明:处于周转箱中央位置的啤酒瓶加速度响应较大,周转箱约束方式对啤酒瓶加速度响应影响并不明显;两层啤酒瓶周转箱运输单元中顶层啤酒瓶的低阶共振振动被激发出来,顶层啤酒瓶的振动主要由低阶共振控制,底层啤酒瓶的振动主要由高阶共振控制。堆码啤酒瓶周转箱运输单元的随机振动响应主要与系统共振频率处的激励能量有关;随机振动下啤酒瓶和周转箱的加速度峰值分布更趋近于Weibull分布。研究结果对啤酒瓶周转箱的运输包装设计有指导价值。     

柱形空气衬垫振动传递特性的试验研究

目的 研究柱形空气衬垫的振动传递特性,以获取振动传递率曲线。方法 在频率为3~100 Hz区间对柱形空气衬垫和确定载荷质量形成的振动系统进行正弦扫频振动试验,分析初始内压和厚度对其振动传递特性的影响规律。结果 初始内压对空气衬垫的隔振能力没有显著影响,3种初始内压下振动系统的共振频率均在35 Hz左右,传递率峰值集中在11左右。当厚度增大时,共振频率和传递率峰值同时减小,空气衬垫隔振能力增强。结论 在满足缓冲性能的前提下,选择合适的初始内压,以及采用多层空气衬垫可显著提高其隔振能力。研究结果可为柱形空气衬垫的缓冲隔振包装设计提供基本依据。     

半正弦波冲击时发泡聚苯乙烯衬垫破损边界曲线的研究

为研究发泡聚苯乙烯缓冲衬垫包装材料在半正弦波脉冲激励下的冲击响应,建立了动力学模型,应用数值计算方法,从而得到产品包装系统的冲击谱和破损边界曲线,结果表明,脉冲幅值、发泡聚苯乙烯缓冲衬垫的系统参数(α、β)对系统冲击谱和破损边界曲线有显著的影响.     

考虑易损件物品-EPE缓冲系统冲击响应分析

为研究易损件在发泡聚乙烯(EPE)缓冲作用下冲击响应,建立了二自由度非线性产品包装系统模型,分析了易损件与EPE黏弹性耦合后的跌落加速度特性,讨论破损边界上方区域内衬垫面积、厚度及其比值对易损件加速度响应的影响。结果表明,满足约束条件的易损件的最大加速度响应与缓冲衬垫面积和厚度关系成条状特性。随着EPE缓冲衬垫面积与厚度增大,易损件加速度先减小后增大。易损件最大响应加速度与缓冲衬垫体积关系呈现""形状,最后引入系数表征缓冲衬垫的经济性和易损件安全性。     

基于 Ansys Workbench 的整体包装件动态缓冲特性仿真分析

目的探索整体包装件的仿真分析方法。方法首先对整体包装进行定频振动试验分析,得到产品响应加速度曲线,然后建立整体包装件的有限元模型,运用有限元软件Ansys Workbench中的瞬态动力学模块(Transient Structural)对其进行了振动仿真分析,得到了包装件的响应加速度、总体位移、等效应力、各向应力等结果。结果由仿真所得响应加速度及试验结果的对比验证了仿真的可靠性,并对缓冲衬垫的动态缓冲特性进行了分析,发现缓冲衬垫内侧承受了较大应力,在振动过程中起主要缓冲作用,而上部护角衬垫外侧边角稳定性稍弱。结论可采取增加厚度的优化措施来提高缓冲保护功能,为非线性材料整体包装件的有限元仿真分析提供了一种可行的创新方法。     

基于传递函数的发动机附件振动预测

阐述整车异常振动噪声的排查过程,确定问题为发电机和空调压缩机组件1阶共振。通过模态试验和有限元分析结果对比,保证仿真模型准确性,为下一步传递函数分析提供输入。通过测试第三主轴承盖到空压机远端处传递函数,得到结构阻尼信息。采用相同阻尼值,对空调压缩机支架更改前后传递函数进行对比,改进后第1阶模态共振频率提高,同时幅值也有降低。对改进后样件进行整车试验,结果表明,在默认激励保持不变基础上,可通过传递函数来间接反应最终响应结果,从而验证可以利用传递函数对发动机外附件振动进行预测。     

一种混合式隔振器及其特性研究

为降低隔振系统在共振频率点的振动传递率。隔振器共振频率点阻尼应较大。为减小高频振动传递率，高频段阻尼应较小，被动隔振器阻尼无法满足该要求．提出了一种混合式隔振器，作动器根据隔振器上下点相对位移产生作动力，通过设计作动力对相对位移的传递函数。可实现阻尼随频率变化的要求．在此基础上对其特性进行了仿真研究，结果表明。由此混合隔振器构成的隔振系统在共振频率点和高频段对基础的传递振动都得到降低．     

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。     

悬挂式弹簧包装系统的冲击特性研究

以悬挂式弹簧缓冲包装系统为研究对象,建立了矩形脉冲激励下系统几何非线性无量纲动力学方程,得到了系统的最大冲击响应谱。讨论了无量纲脉冲激励幅值、悬挂角度以及系统阻尼等对冲击谱的影响规律。研究表明,无量纲脉冲激励幅值、悬挂角度、系统阻尼等对系统冲击响应峰值影响显著,增加系统阻尼可有效降低系统加速度响应峰值。研究结论可为悬挂式弹簧缓冲系统的设计提供理论依据。     

缓冲材料振动传递特性测试系统数据处理

目的 研究缓冲材料振动传递率曲线的实现方法。方法 讨论了时域和频域分析方法的原理、 算法和具体实现过程; 在频域分析过程中, 采用加窗函数减少能量泄漏, 采用韦尔奇方法改进功率谱估计的方差特性; 采用振动台、 振动控制仪、 A/D转换板、 加速度传感器等硬件, 以正弦扫频方式对由质量块和缓冲材料组成的包装系统进行激励, 通过对采集到的激励信号和响应信号的分析处理, 得出缓冲材料时域和频域分析方法的振动传递率。结果 基于数据分析处理和振动传递特性测试实验的原理, 利用软件LabVIEW编制程序, 实现了缓冲材料振动传递特性测试系统的开发和振动传递率曲线的2种绘制方法, 2种方法得到的曲线比较接近。结论 该测试系统操作简单, 人机界面友好, 为缓冲包装材料的优化防振设计提供了强有力的工具。     

吊灯灯罩缓冲衬垫的随机振动仿真分析及实验验证

目的研究吊灯灯罩纤维模塑缓冲衬垫在随机振动激励下结构设计的合理性,及其对产品的保护性能。方法利用Ansys软件对吊灯灯罩纤维模塑缓冲衬垫包装件进行模态分析,获取包装件的固有频率和振型,将路面随机振动激励谱作用于纤维模塑缓冲衬垫包装件进行仿真分析,得到包装件的应力、应变云图和加速度功率谱密度响应曲线等,以此分析其结构设计的合理性以及对产品的保护性能,并进行实验验证。结果灯罩所受应力值远小于灯罩材料所能承受的最大屈服应力值(75 MPa),吊灯灯罩保存完好;有限元分析得到的结果与实测结果一致。结论纤维模塑缓冲垫结构设计合理,强度可满足保护产品的要求;利用有限元仿真分析解决纤维模塑缓冲包装制品的随机振动问题是可靠的,适用于动态环境下同类缓冲制品性能的研究,为缓冲包装产品性能预测、结构设计及优化提供有效分析手段。     

不同缓冲材料的堆码包装振动特性分析

目的 研究物流运输中采用不同缓冲材料的堆码包装件的振动特性。方法 以缓冲材料聚乙烯泡沫(EPE)和聚苯乙烯泡沫(EPS)为研究对象,采用三维建模软件SoildWorks和有限元仿真软件Workbench建立有限元模型进行模态与谐响应分析,结合扫频振动试验和随机振动试验对各层堆码件的振动响应特性进行分析。结果 2类包装件共振频率处的第一激励能量都大于第二激励能量,振动幅值随层数增加而升高。EPE包装件第一和第二共振频率的激励能量占比分别为35.7%和3%,EPS包装件第一和第二共振频率的激励能量占比分别为26.8%和16.8%。EPE包装件共振区域主要分布于15～40 Hz,而EPS包装件共振频率区域分布于15～40 Hz和60～80 Hz。三层堆码件的中上层包装件受第一共振频率控制,EPS材料的底层包装件受多个共振频率影响,EPE材料的底层包装件受到第二共振频率控制。结论 经过循环载荷作用后的EPE的吸振缓冲性能优于EPS的。通过试验与有限元仿真数据绘制了相应的防振性能曲线,同时验证了有限元仿真的可靠性。这为堆码产品选择不同缓冲材料组合提供了的理论指导。