基于 UG/FEA 技术的平板显示产品缓冲包装初步设计

目的设计一种组合材料的包装来满足平板显示产品的包装要求。方法此款包装设计有4个角垫,左右角垫对称,上下角垫略微差异。4个角垫均由瓦楞纸板折成的骨架、蜂窝纸板底板和与平板显示产品直接接触的EPE部件组等部分组成。运用UG与MSC FEA软件对包装件进行建模及有限元仿真试验。结果在国标规定压力下,平板显示器的最大内应力小于其极限应力。结论缓冲包装满足平板显示器的防护要求,但是安全系数偏大,有优化空间。     

充气缓冲衬垫的性能及应用研究进展

目的 从材料、充气压力、结构、实际应用等方面论述充气缓冲衬垫在运输包装应用中的研究进展,总结各项因素对充气缓冲衬垫性能的影响及未来研究方向。方法 通过查阅国内外学者近年来对充气缓冲衬垫的各项研究报告,对影响充气缓冲衬垫承载与缓冲性能的各项因素,以及实际应用效果的研究结论进行整理总结。结果 验证了各项因素对充气缓冲衬垫承载和缓冲性能的影响,其中充气压力的变化对充气缓冲衬垫性能的影响尤为突出,在一定范围内缓冲性能随充气压力的增大而增大;在结构尺寸方面,随气室尺寸增大而增大,同时衬垫性能也受材料不同的影响。结论 通过国内外研究现状和进展可知,充气缓冲衬垫的性能随材料、充气压力以及结构尺寸等因素的变化而变化;其综合缓冲性能优于传统缓冲材料,且符合环保理念,有很大的发展与研究前景。     

Effect of initial pre‐compression of corrugated paperboard cushions on shock attenuation characteristics in repetitive impacts

The use of paper as a cushioning material is motivated by its environmental advantage over polymeric materials such as expanded polystyrene. Various studies have been conducted to investigate the capability of corrugated paperboard (CPB) to act as cushioning materials for protective packaging. The studies have normally focused on performance of cushions and effects of climatic conditions on the shock attenuation in the first drop. However, no information is available to show that CPB can be engineered to produce a cushioning element with good shock attenuation in repetitive impacts. This study investigates the deterioration of the shock attenuation characteristics of CPB cushions in consecutive impacts. A series of cushion‐test style experiments on multilayer cushion pads made entirely from CPB were conducted. Each cushion was first subjected to 20 impacts, followed by simulated warehousing in a climatic chamber, and then the additional 15 impacts. The effect of initial pre‐compression strain introduced in the process of making cushion pads is discussed and demonstrated. The performance of cushions was judged not only by the maximum acceleration of shocks. Entire recorded shock pulses and calculated corresponding shock response spectra were analysed and are presented as 3D maps in order to reveal trends that occur when a cushion is subjected to multiple drops. The paper shows that the level of pre‐compression has an important effect on the degree of deterioration of cushion performance after multiple drops. As an example, the maximum acceleration for a pad pre‐compressed to 95% strain increased by less than 20% between the 1st and the 35th drop. In contrast, for 80% pre‐compression, the increase was 300%. It was found that the selection of optimum static stress should be made in conjunction with the expected number of impacts in order to optimize the cushion performance. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

C楞瓦楞纸板动态缓冲模型及应用

利用万能试验机和跌落试验台分别得到C楞瓦楞纸板静态、动态应力-应变数据,建立相应的理论模型,并用最小二乘法识别模型中的参数。给出了瓦楞纸板在缓冲动力学中应用的例子,结果表明所建立的缓冲模型,可以直接用于缓冲包装设计,克服了用最大加速度-静应力曲线来设计缓冲包装需要大量实验和较多的数据的弊端。     

重装备空投系统的缓冲包装设计

介绍了空投过程中的主要几种缓冲形式以及在有货台情况下缓冲垫的设计.通过系统的计算,为以后物资空投提供了较好的缓冲包装设计方法.     

考虑转动的双曲正切与正切组合模型缓冲系统冲击响应研究

针对普遍使用的缓冲材料受压时应力-应变曲线呈现的线弹性区、屈服区和压实区三段式形态,建立了双曲正切与正切组合模型.在此基础上,考虑包装产品冲击时由偏心导致的受力不平衡引起的转动,推导了具有转动和平动耦合的缓冲包装系统在半正弦加速度脉冲激励下的动力学方程,探讨了包装系统平动与转动相耦合的规律.数值算例的结果表明,未考虑转动效应,会导致一定程度的过度包装,造成浪费.该模型的建立和考虑平动与转动相耦合情况的动力学方程,更加接近实际缓冲包装的工程应用情况,为包装结构优化设计提供了参考.     

The effect of compression of enclosed air on the cushioning properties of corrugated fibreboard

This work showed that the shock‐absorbing properties of corrugated fibreboard are dependent on the size of the cushion even when the static loading of the impacting product on the cushion is kept a constant. At least part of this phenomenon was found to be due to the effect of the air enclosed within the flutes of fibreboard cushions. During the dynamic compression of fibreboard pads there is a build‐up of air pressure within the cushion, which improves its cushioning performance. The greater ease with which air can escape smaller fibreboard cushions, leads to differences in their shock‐absorbing behaviour compared with larger cushions. Suggestions are made on how the design of fibreboard pads can be modified to increase the build‐up of air pressure within the flutes and improve the efficiency of the cushion. For comparison, expanded polyethylene foam was also examined and its shock absorbing properties were found to be largely independent of cushion size for constant static‐loading impacts. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于EPE的可折叠泡沫缓冲衬垫研究

为解决传统缓冲衬垫人工成本高、材料浪费严重、物流及仓储费用高、包装效率低、不可以自动化生产等问题,介绍了EPE可折叠泡沫缓冲衬垫的生产工艺和设计方法,并用多个实际应用的案例,验证了可折叠泡沫缓冲衬垫的优势,对缓冲包装设计有一定的指导意义。     

缓冲材料蠕变特性测试系统设计

目的介绍一种缓冲材料蠕变测试系统的设计方法,该系统包括测试装置的硬件设计和相应的测试软件开发。方法设计一种新的缓冲材料蠕变特性的测试装置,并用Lab VIEW软件开发其测试软件系统,采用PC机自带的声卡作为数据采集卡,配合传感器、压频(V/F)转换器等硬件对缓冲材料在一定静压下的厚度变化量进行数据采集与分析,得出缓冲材料蠕变特性曲线。结果位移传感器采集缓冲材料随时间的位移形变,经信号调理、低通滤波后,输入给以LM331芯片所组成的V/F转换器,声卡采集该转换器所输出的频率信号并转换为数字信号,计算机读取该数字信号并在测试软件界面输出蠕变-时间、位移-时间、应力-时间等曲线。结论该测试装置和软件测试系统操作简单,使用PC自带声卡替代昂贵的数据采集卡作为数据采集系统,降低了成本,灵活性和可靠性较高,使缓冲材料的蠕变特性测试更加方便快捷,为更好地掌握缓冲材料蠕变特性进行缓冲设计提供了强有力的工具。     

空投物资冲击过程中的缓冲性能分析

空投物资方式越来越多地应用于救灾等紧急情况,为使物资安全着陆,往往是通过大量的外场试验来模拟实际情况,根据试验结果逐步调整和改进货物的包装.这种方法会耗费大量的时间和成本.在建立货物-缓冲垫-平台的空投物资模型的基础上,利用计算机仿真货物与地面冲击的过程,分析缓冲垫厚度、材料属性对最大加速度和冲击持续时间的影响,并根据仿真数据建立了相关变量间的经验公式,以有效地指导实际的外场试验,从而节约时间和成本.     

空调缓冲衬垫有限元分析及优化设计

目的将有限元分析技术运用于空调包装件的静态堆码和跌落冲击性能分析和优化设计中。方法运用有限元分析软件,建立空调、缓冲衬垫的有限元模型。模拟包装件在静态和动态下的变形受力状况。以衬垫体积最小为目标函数,以衬垫及空调的最大应力值和变形值控制在许用值范围内为边界条件,对缓冲包装衬垫长光面省料槽的开槽宽度和长度进行尺寸优化。结果经过静压分析,缓冲衬垫变形量的最大值达到0.97mm,包装件受到的静应力最大值为1.56MPa;经过跌落分析,空调的最大加速度为493 m/s²,空调外壳受到的最大静应力达到2.3 MPa;衬垫最大应力为1.12 MPa,衬垫应变为0.6%;经过优化分析,省料槽宽度约为26 mm,长度约为141 mm,分析表明衬垫设计满足缓冲防护要求。结论通过仿真分析和优化设计,可以对缓冲衬垫结构尺寸进行改进,在节约材料的同时能有效保护内装产品,可满足运输包装轻量化设计需求。     

基于代理模型的空投装备气囊缓冲系统多目标优化

基于有限元法和控制体积法建立装备-气囊系统有限元模型,并采用试验数据对模型进行验证。复杂气囊系统着陆缓冲过程仿真计算资源消耗大,难以应用传统迭代方法进行参数优化。为克服这些问题,结合扩展拉丁超立方设计,以最大着陆冲击加速度和最大翻转角度为响应,采用径向基函数构建代理模型。在代理模型基础上,利用多目标遗传算法对主气囊高度、横向宽度及排气孔面积等气囊缓冲系统参数进行了多目标优化。优化结果表明:优化后最大冲击加速度减小了15.5%,最大翻转角度减小了70.3%,缓冲性能与横向稳定性均有所提高。     

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。     

基于Ansys的缓冲材料结构单元

目的研究纸浆模、EPE材料的单元结构与组合结构,以提高其缓冲性能。方法通过Ansys仿真分析单元结构的静态压缩实验,对比不同材料结构单元在静载时的承载能力,在此基础上,建立产品缓冲结构单元模型,运用Ansys/LS-DYNA的Drop Test模块进行动态跌落实验,比较不同材料结构单元与缓冲性能,并通过试验验证。结果验证了组合结构在静载和跌落冲击时的缓冲性能优于单个缓冲结构。结论在缓冲包装中,通过优化缓冲结构单元可提高结构的缓冲能力。     

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。     

三层组合式高承载缓冲垫力学性能研究

目的 为提高大型低速风洞建设过程中移动设备支撑缓冲垫的承载和隔振能力,对新型弹性材料Fabreeka Pad以及由其与钢和减摩材料粘接组合的三层式缓冲垫的力学性能进行研究。方法 对该材料和缓冲垫样件进行静态压缩和剪切试验,获得应力-变形曲线和能承受的最大剪切力;对缓冲垫样件进行静摩擦试验,得到其减摩层与不锈钢板间的静摩擦因数。结果 该材料和缓冲垫的应力-变形曲线均具有明显的非线性特征,同时将加载载荷下缓冲垫的变形量设计在1.1 mm内;剪切破坏未发生在粘结缝处,且缓冲垫能承受的最大剪切力为2.7 kN;减摩层与表面粗糙度为12.75的钢板间的静摩擦因数为0.141,且其不随加载速度的变化而出现较大波动。结论 三层式缓冲垫具有优良的隔振和竖向承载能力,抗剪能力强,且静摩擦因数小,能满足设备的移动要求,可应用于大、中型设备可移动支撑的减振设计。     

包装动力学响应中避免缓冲材料厚度无极限的方法

在求解包装动力学响应时,缓冲材料的本构关系常简化为立方非线性、双曲正切非线性等理想的情况。由于未考虑缓冲材料厚度的有限性,不能保证所得结果可靠性。基于缓冲材料在压缩到极限位置时,缓冲材料应力接近无限大,运用正切函数表达了缓冲材料这一限制性特性。数值计算结果表明,若未考虑限制时,动力学响应会超出缓冲材料的极限位置,甚至超过厚度,且得不到优化的包装结构;考虑限制条件,就不会出现上述错误,避免了缓冲材料厚度无极限。     

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。     

鸡蛋安全快递包装结构设计

目的设计一种适用于小批量多批次运输的鸡蛋快递安全缓冲包装。方法通过经典的缓冲包装六步法,设计拉伸形式的缓冲结构,计算了缓冲垫的面积与厚度,对包装件进行了强度校核,并根据ISTA3A标准对包装件进行了跌落与随机振动试验,以验证包装件的缓冲效果。结果对5箱鸡蛋进行了不同面跌落、楞跌落和角跌落的3组重复测试,结果表明其破损率远远低于目前市场上的鸡蛋缓冲包装的破损率(10%),具有良好的保护效果;随机振动试验显示,缓冲包装中鸡蛋无一破损。结论该结构具有良好的缓冲性能,能保证鸡蛋在快递运输环境下得到有效保护,具有较好的应用前景。     

低密度金属泡沫人员抗冲地砖效能分析

为分析铺设在舱室甲板上的用以吸收从甲板传递到人体的水下爆炸冲击能量的低密度泡沫金属地砖,建立了五自由度人体模型,并利用刚塑性本构模型模拟地砖的冲击响应。利用所建立的理论模型,对地砖材料及几何特性在不同冲击输入下的人员防护效果进行细致的分析,并给出人员抗冲击设计的一些准则。