跌落损伤脆值及损伤边界

提出了跌落损伤脆值与跌落损伤边界的新概念,并提出了测定获取跌落冲击损伤脆值与跌落损伤边界曲线的技术过程与方法.以嘎拉苹果为研究对象,设计多组高度对嘎拉苹果进行自由跌落刚性冲击试验.在测试获得冲击力-时间数据的基础上,通过理论分析计算,得到加速度-时间、变形量-时间等动态关系曲线,获得了嘎拉苹果跌落损伤脆值;构造了嘎拉苹果跌落损伤边界曲线.结果表明,跌落损伤边界曲线与传统产品跌落破损边界曲线存在较大差异.对应果品类产品,即使速度很小,只要产品瞬时加速度达到一定值,也将产生冲击损伤;对应不同的损伤率,可构造相应的多条损伤边界曲线.提出的概念及研究结果为控制果品类产品的跌落损伤、合理地进行缓冲包装设计提供了新的理论基础.     

跌落冲击对苹果呼吸速率的影响

目的研究亚临界载荷对苹果呼吸速率变化的影响机制。方法首先通过在跌落临界高度以下设置不同高度的苹果跌落实验;然后测量跌落后的苹果在密封容器内CO2和O2浓度的变化;最后根据实验数据得到跌落高度与苹果呼吸速率的关系。结果在亚临界高度下,苹果受到损伤冲击后的呼吸速率发生了较大变化。在相同的时间内,跌落高度越高,密闭容器中O2的含量越少,CO2的含量越多,呼吸速率越大。随着跌落高度的增加,氧气的减少率越来越大,二氧化碳的增加率也越来越大。在同一跌落高度下,随着时间的增加,苹果的呼吸速率逐渐减小,当达到一定时间后,呼吸速率趋于平稳。根据实验数据建立了亚临界载荷下呼吸速率与跌落高度和时间的数学模型。结论研究结果有助于果品缓冲包装的改进。     

亚临界载荷下跌落高度对苹果贮藏寿命的影响

以洛川富士苹果为对象,研究了苹果在临界损伤高度以下,跌落高度对其贮藏时间的影响。采用自制跌落试验系统,测试了苹果在临界损伤高度下不同高度跌落后的硬度及贮藏时间,统计分析了苹果跌落高度对其硬度及储贮时间的影响。结果表明:在临界高度以下,苹果不会出现现时损伤,但其贮藏时间会缩短;跌落高度越高,贮藏时间缩短越明显。     

一种马铃薯临界损伤跌落高度的测定方法

针对马铃薯这类不易观察跌落损伤的果蔬产品,提出了一种测定其临界损伤跌落高度的方法。首先对马铃薯进行准静态压缩,得到其产生损伤时的压缩变形量。同时,通过测量马铃薯在不同跌落高度下的跌落信号,分析得到反映不同跌落高度与跌落变形量之间关系的数学模型。对应压缩变形量在此数学模型中的值,即可得到马铃薯的临界损伤跌落高度,为38cm。     

单自由度模型苹果脆值的预测

目的 以苹果为研究对象,建立一种易操作的脆值测定方案对苹果进行缓冲包装设计和分析。 方法 通过静态压缩试验测得苹果的线刚度,通过跌落试验测出破损临界跌落高度,进而基于单自由度理论模型计算出苹果脆值。根据苹果的脆值和缓冲材料的静态缓冲系数设计出最优包装方案。最后,模拟公路随机振动和跌落试验评价上述缓冲方案的可行性。结果 无泡沫网苹果的破损临界跌落高度为 5 cm,线刚度为106.59 kN/m,固有频率为109.79 Hz;带泡沫网苹果破损临界跌落高度为10 cm,线刚度为104.48 kN/m,固有频率为106.58 Hz,临界脆值Gc约为96.28。据此,按照80 cm的搬运跌落高度设计时,缓冲材料EPE厚度需要达到1.98 cm。结论 建立的脆值测定方案具有精准度高,且较传统脆值测定方法对仪器依赖度低,具有操作简便易行、普适性强等优点,易于推广到其他类型包装件脆值的测定。     

单层与多层苹果跌落冲击损伤研究

跌落冲击是导致果品机械损伤的主要因素.利用MTS886跌落冲击试验机进行单个与多层苹果的跌落试验测定,分析跌落冲击试验机的冲击过程特性,提出了果品跌落吸收能量的计算公式,得到了苹果跌落损伤体积、速度变化量与其吸收能量之间的关系.结果表明:单个苹果的损伤体积与其吸收的能量之间成线性关系,苹果的速度变化量与损伤体积之间成二次项关系;多层苹果的总损伤体积与其吸收总能量存在线性关系,而其中的单个苹果与其吸收的能量之间不存在线性关系.     

果实亚临界损伤边界曲线

以洛川富士苹果为实验材料,研究了果实在临界损伤高度以下,跌落高度对其贮藏时间的影响,构建了洛川富士苹果的亚临界损伤边界曲线。结果表明,在临界高度以下,果实不会出现损伤,但其贮藏时间会缩短;跌落高度越高,贮藏时间缩短越明显;与传统损伤边界曲线相比,亚临界损伤边界曲线依赖于果实的贮藏时间。     

亚临界载荷对樱桃番茄呼吸强度的影响

目的分析单个樱桃番茄在亚临界载荷下受到跌落冲击而发生的延时损伤,以及这种损伤对果品呼吸强度的影响。方法以樱桃番茄为研究对象,设计多组跌落高度实验分析其损伤程度与跌落高度的关系,得出樱桃番茄的临界跌落高度。设计临界高度以下不同高度的对比实验,然后把跌落后的樱桃番茄放入密封的保鲜盒内,在相同的条件下间隔时间测量其CO2/O2浓度的变化。最后,绘制出跌落高度与呼吸速率的关系图,根据数据拟合出亚临界载荷强度与呼吸强度关系的数学模型。结果临界高度以下,樱桃番茄受到损伤冲击后的呼吸速率会发生变化;跌落高度越高,在贮藏初始阶段,樱桃番茄的呼吸速率下降越快,最后趋于平衡;跌落高度越高,呼吸速率越大。结论研究结果对果品包装上的改进具有重要价值。     

箱装电子仪器安全跌落冲击数值模拟方法研究

为正确评估跌落冲击对箱装电子仪器可靠性的影响,确定了合理的包装参数和设计流程,科学指导运输与试验,分别采用理论分析和有限元计算方法对箱装电子仪器垂直跌落的情况进行了仿真,得到了垂直跌落条件下电子仪器最大加速度和最大位移随跌落高度与缓冲垫弹性模量变化的规律。结合产品脆值,确定了产品储运过程中的最大堆垛高度,并得到了合理的包装设计流程,从而为有效指导产品包装设计、实体试验和储运安全提供了理论依据。     

皇冠梨采后冲击损伤影响因素研究及模型预测

目的 考虑到皇冠梨在储运过程中损伤严重,探究跌落冲击及果实本身特性对水果的损伤的影响,为皇冠梨的减损提供理论依据。方法 以河北赵县皇冠梨为研究对象,研究跌落高度、接触材料、果实硬度、曲率半径以及环境温度对皇冠梨冲击损伤的影响,并利用多元线性回归分析方法,建立皇冠梨果实的损伤预测模型（P≤0.05）。结果 跌落高度与损伤面积呈线性相关,皇冠梨分别与钢板和橡胶板冲击时产生临界损伤的跌落高度为30 mm和50 mm,而与本实验选取的EPE板和瓦楞纸板冲击时产生临界损伤的跌落高度为220 mm和340 mm。皇冠梨与EPE板冲击时表现为当跌落高度小于400 mm时,果实曲率半径越小,损伤面积越大;当跌落高度大于400 mm时,较大的曲率半径导致更大的损伤面积,果实硬度越小,冲击时损伤面积越大,环境温度越高,损伤越严重。结论 接触材料种类和果实本身特性对水果冲击损伤有较大影响。依据试验结果建立了损伤预测模型,预测模型可为皇冠梨自动化采摘、分级装备以及贮存、运输包装提供一定的理论指导。     

充气垫缓冲材料动态冲击性能评价

目的研究了2种不同宽度规格的充气垫缓冲材料在不同跌落高度下的缓冲性能。方法对每种规格气垫在不同跌落高度下分别使用5个不同质量块进行了动态冲击试验,绘制了最大加速度-静应力曲线,研究了跌落高度对充气垫动态特性的影响,并比较了不同宽度规格充气垫动态缓冲应用特性。结果同一规格的充气垫随着跌落高度的增加,最大冲击加速度逐渐增大;在同一跌落高度下,较宽规格的充气垫的最大冲击加速度较小。结论在1~2 kPa载荷范围内,充气垫冲击加速度在80~170 g的范围内变化,跌落高度变化及气柱宽度规格变化的缓冲性能测试评价了充气垫缓冲材料的缓冲包装应用范围。     

Drop Test of Plastic Packagings – Correlation with Material Parameters and Change of Packaging Behaviour After Impact of Standard Liquids

A guided drop test was performed to achieve a defined and reproducible impact orientation of jerrycans. The drop heights where 50% of the jerrycans experienced a failure from a crack where fluid can escape (50% failure drop height) were compared among jerrycans made of four different materials, in their original state and preconditioned with standard liquids. To analyse the impact of only elevated temperatures, the packages were preconditioned for 21 days at 40°C without the use of chemicals. The 50% failure drop height was compared by using Young's modulus; the notched impact strength (NIS) of specimen cut from plates which were manufactured by compression moulding and the notched tensile impact strength of specimen cut‐outs of the jerrycans' side walls. The NIS depends highly on the thermal preconditioning of the plates being manufactured by compression moulding. A trend can be seen that a higher Young's modulus, a higher NIS and a higher notched tensile impact strength result in a higher 50% failure drop height, but the values are spread. The influence of the wall thickness cannot be neglected. The change of the 50% failure drop height in regard to the preconditioning at 40°C with and without nitric acid was compared in terms of their resistance to molecular degradation, density and degree of crystallinity. The conditioning at elevated temperature causes post‐crystallization. It was shown that the resistance to molecular degradation determined on pressed plates correlates with the change of the 50% failure drop height after pre‐storage with nitric acid. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

Impact Oscillator Model for the Prediction of Dynamic Cushion Curves of Open Cell Foams

Cushion curves enable packaging designers to optimize a design solution for a given product fragility and expected distribution environment drop height. The industry accepted techniques for developing these curves are time intensive and devoid of a physical understanding of the materials and the physics involve in energy absorption. This paper delves into a qualitative understanding of the dynamics of a platen impacting an open cell foam cushion material. An hyperelastic material model is used to describe the foam's nonlinear stress–strain relationship, while its damping and hysteretic behaviour are represented with linear viscoelasticity. Using a simple nonlinear, discontinuous model of a drop test along with numerical simulations, the study examines the physics of the impact. The numerical studies show that the model is able to provide predictions of the shock pulse's shape, duration and amplitude at various static stresses and drop heights. The dynamic cushion curves generated by the model retain the characteristic concave upward ‘trough’ shape of the experimental curves. Furthermore, the model shows that the optimal amplitude of shock absorbed for a given set of drop conditions depends on the foam's thickness and cross‐sectional area. Lastly, the model is validated using the comparison of a predicted curve and experimental data captured using a cushion tester. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.