基于Sherwood–Frost模型构建聚乙烯泡沫拉伸本构

目的 研究聚乙烯泡沫的拉伸力学性能,并构建聚乙烯泡沫的拉伸本构模型。方法 利用万能材料试验机对不同密度的聚乙烯泡沫进行不同拉伸速率的单轴拉伸实验,得到聚乙烯泡沫的拉伸应力–应变曲线;在Sherwood–Frost唯象本构模型框架的基础上,构建将密度和应变耦合的密度项,以及将应变率、应变和密度耦合的应变率项的拉伸本构模型。结果 聚乙烯泡沫在断裂前的拉伸力学特性为非线性弹性,表现出明显的应变率强化效应,现有的密度项和应变率项与实验数据的拟合精度较低,最大平均误差分别可达11.76%、7.90%。新构建的密度项和应变率项与实验数据拟合精度较好,最大平均误差分别为1.17%、1.92%。结论 新构建的拉伸本构模型能够更精确地描述聚乙烯泡沫单轴拉伸的应力应变关系,为聚乙烯泡沫的综合力学性能的进一步研究提供参考。     

基于Burgers模型对缓冲材料EPE压缩蠕变行为的分析

目的 为解决缓冲材料发泡聚乙烯因蠕变引起保护失效的问题,基于Burgers模型,分析载荷、应力保持时间对EPE压缩蠕变行为的影响。方法 根据不同应力下的不同保持时长压缩蠕变试验结果,拟合EPE不同应力下的压缩蠕变试验数据,分析不同应力、应力保持时间下的EPE蠕变过程中蠕变总量、弹性应变、黏弹性应变和黏性应变的变化规律。结果 Burgers四元件力学模型对EPE不同应力下的压缩蠕变实验数据拟合度为0.992 4～0.998 9。在同一应力保持时间下,随着应力从3.3 kPa增加到5.3 kPa,弹性模量E₁、弹性模量E₂、黏度系数η₂、黏度系数η1都逐渐减小,蠕变总量、黏性应变呈非线性显著增加,弹性应变、粘弹性应变呈线性微量增加;在同一应力下,随着应力保持时间从20 d增加到120 d,弹性应变一直保持不变,占蠕变总量的比例降低,粘弹性应变先微量增加后保持不变,占蠕变总量的比例降低,黏性应变增加,占蠕变总量的比例增加。结论 Burgers模型可较准确地模拟EPE不稳定蠕变阶段和稳定蠕变阶段的压缩蠕变行为;应力的增加导致EP...     

基于生死单元法的BOPP薄膜激光打孔数值模拟

目的 利用有限元方法研究薄膜多脉冲激光打孔过程,探究生死单元法运用在薄膜激光打孔中的可行性.方法 基于Ansys中的生死单元法,使用Ansys参数化设计语言(APDL)编写程序,建立薄膜多脉冲激光打孔的二维瞬态温度场模型并进行仿真分析,测量孔深、上孔径,对仿真结果进行实验验证.结果 仿真与实验结果趋势一致,微孔孔径与孔深随脉冲次数的增加而逐渐增加;孔深最大误差为23.51％,平均误差为12.21％,均方根误差为1.573μm;上孔径最大误差为3.64％,平均误差为2.77％,均方根误差为2.215μm;薄膜在激光束轴心处温度最高,轴心两侧温度逐渐降低,高温区域随着脉冲次数增加而逐渐增大.结论 使用APDL语言程序结合生死单元法对薄膜多脉冲激光打孔进行仿真分析,结果可靠.     

基于Fluent的黄桃罐头杀菌过程数值模拟及其形状优化

探究食品罐头杀菌作业中的升温过程,研究现有罐头包装尺寸变化对提升杀菌效率及节能降耗的影响程度。使用ANSYS Fluent软件进行流场及温度场进行仿真分析,通过试验验证模拟的可靠性。在此基础上改进黄桃罐头的瓶体形状,提升杀菌效率。结果表明:试验结果与模拟结果升温趋势一致,最大误差为3.5°。罐头底部直径大小与罐内最高流速呈负相关,150 s时,罐头底部直径越小,罐内液体最高流速越高。相同高度与容积条件下,缩小底部直径可以提高杀菌效率,底部直径为52.5 mm的罐头杀菌效果最好,与圆柱罐头相比效率提升10.26%。通过ANSYS Fluent可以准确模拟食品罐头在杀菌过程中的温度场变化。     

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。     

基于Johnson-cook本构模型的EPE包装跌落冲击模拟

目的将聚乙烯泡沫塑料在动态压缩试验下得到的力学性能引入有限元中,创建材料模型,并应用于跌落冲击仿真分析,以提高仿真的精确度。方法通过聚乙烯泡沫塑料在不同速率下的压缩试验,得到真实的应力-应变曲线,并基于Johnson-cook本构模型在有限元中建立EPE的材料模型。最后用AnsysWorkbench中的LS-DYNA模块对聚乙烯泡沫缓冲包装的跌落过程进行仿真分析,用LS-PREPOST软件进行后处理。在此基础上,对比分析仿真结果和实验结果。结果仿真结果的误差分别为0.85%,1.6%,2.97%,与实验结果基本一致。结论基于Johnson-cook本构模型构建的聚乙烯泡沫塑料有限元材料模型能有效提高低速冲击的仿真精度,为非线性材料和应变率敏感材料的有限元动态冲击分析提供了参考。     

基于Fluent的XPS保温箱温度场数值模拟方法分析

目的保温箱在空载情况下,探究不同模型对保温箱温度场模拟结果的影响。方法对现有保温箱内部温度场进行实测,与建立的保温箱有限元模型进行对比分析,验证模型可靠性,在此基础上进一步探究边界条件、辐射模型、对流模型对保温箱内温度场模拟结果的影响。结果通过验证网格无关性,得到最优流体网格尺寸为2.8mm;边界条件采用恒温固体壁面和对流换热壁面得到的温度场模拟结果最大温差为0.1 K;采用P1辐射、Rosseland、DO辐射和无辐射模型得到的模拟结果与实验结果最大温差分别为1.1, 4.2, 4.3, 4.3 K;采用层流模型和湍流模型得到的模拟结果与实验结果最大温差分别为0.6 K和1.9 K。结论随着网格尺寸的减小,温度场模拟数据逐渐趋于平稳;边界条件采用恒温固体壁面和对流换热壁面得到的温度场模拟结果基本一致;对比P1, Rosseland, DO和无辐射模型,P1辐射模型得到的模拟结果与实验结果一致性较好;与湍流模型相比,层流模型得到的模拟结果与实验结果一致性较好。     

不同内容物的容器静压及跌落实验结果差异性分析

目的 在相同罐体条件下,分别探究不同内容物的罐体静态压缩及动态跌落实验结果的差异性。方法 针对常见的空气、液体、固体内容物的3类罐体进行静态压缩和动态跌落实验,以跌落方式、跌落高度、测试位置为变量对比分析不同罐体的最大加速度拟合曲线。结果 在静压实验中,空气罐应力集中在下方,液体罐和固体罐应力集中在上方。在跌落实验中,3类罐体的最大加速度值均有差异,差值最大为1.59 km/s2;2种跌落方式下,由上至下,空气罐身应力分布呈三次函数,极值点与对称中心受跌落高度影响较大;液体罐身应力分布呈正弦函数,幅值和初相受跌落高度影响较大;固体罐身应力分布在平跌落与45°角跌落下分别呈指数函数和二次函数,受跌落高度影响不大。结论 内容物不同,容器的静态压缩实验结果不同,动态冲击实验结果有显著差异,跌落方式对容器的动态跌落结果有较大影响。