基于数字图像相关法测定瓦楞纸板面内静态压缩 泊松比

目前关于直接测定瓦楞纸板泊松比的方法鲜见报道,传统泊松比测试方法难以满足测试要求。针对传统方法的不足,提出使用数字图像相关法测量瓦楞纸板的泊松比,并选取面内静态压缩作为研究内容。选取4种瓦楞纸板,拍照记录面内压缩变形情况,将获得的变形照片导入MATLAB程序进行处理,获得瓦楞纸板面内静态压缩过程位移和应变分布情况,并计算出泊松比值。研究结果表明,E、BS、BD和BC型4种瓦楞纸板的泊松比值分别为-3.86,-0.42,-2.09和-1.49,负泊松比的出现主要与瓦楞纸板制备过程中芯层瓦楞起皱工艺以及纤维在压缩过程中发生取向变形有关。通过直接测定瓦楞纸板面内静态压缩的泊松比值,为瓦楞纸板泊松比测试提供了一种新方法,可为包装材料的选择和仿真分析提供参考。     

原纸弹性模量和屈服强度的测定方法

原纸弹性模量和屈服强度是进行后续各种相关分析必需的性能指标,如何客观准确地测定这2个指标至关重要。在分析已有研究所用测定弹性模量方法存在缺陷的基础上,提出了一种以微分-区限变分法替代传统方法求解原纸弹性模量和屈服强度的方法。并以某定量为105g/m2的瓦楞原纸为例,利用微分-区限变分法计算出该瓦楞原纸的弹性模量为2.51GPa,屈服强度为5.11MPa。微分-区限变分法能客观确定线性段结束的关键点,因而能够更加准确简便地计算原纸的弹性模量和屈服强度。     

温湿度对瓦楞原纸弹性模量影响的研究

试验研究了温湿度条件对瓦楞原纸含水率的影响,以及瓦楞原纸含水率对其弹性模量的影响,构建了含水率与温湿度的三维关系图。试验结果表明:瓦楞原纸的含水率既受相对湿度的影响,又受温度的影响,温度对瓦楞原纸弹性模量的影响比相对湿度的影响小;瓦楞原纸含水率随温度的上升而下降,随相对湿度的上升而上升;瓦楞原纸弹性模量随含水率的上升而下降。     

灰底白板纸与白卡纸的弹性常数对比

目的 为了更加精确地测量灰底白板纸和白卡纸的泊松比和弹性模量。方法 将数字图像相关方法与单向拉伸实验相结合。通过对灰底白板纸和白卡纸试样拉伸变形前后的图像进行分析, 测量其泊松比; 通过对灰底白板纸和白卡纸的力-位移曲线进行分析, 测量其弹性模量。结果 测得了定量为300, 400 g/m2的灰底白板纸的泊松比分别为0.281和0.245, 其弹性模量分别为154.47, 226.06 MPa;300, 400 g/m2的白卡纸的泊松比分别为 0.312 和 0.276, 其弹性模量分别为 209.09, 297.79 MPa。结论同种类别的纸张中, 定量越高, 其弹性模量越大, 而泊松比越小; 在定量相同的情况下, 白卡纸的泊松比和弹性模量都比灰底白板纸的大。     

瓦楞原纸环压强度测量不确定度评定

目的为提高瓦楞原纸的检测水平,研究瓦楞原纸环压强度测量的不确定度评定方法。方法根据JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》,对瓦楞原纸进行抽样,分析其环压强度不确定的主要来源并对其量化,对检测结果进行评定。结果瓦楞原纸环压强度测量的扩展不确定度为78.78,置信概率为95%,包含因子为2。结论检测结果可用于瓦楞原纸环压强度的合格判断,对于其他性能如耐破度、戳穿强度的不确定评定具有参考价值。     

我国瓦楞原纸需求将大幅增加

据资料介绍 ,从全球范围统计 ,瓦楞材料消费约占全部纸和纸板消费的 1 / 3。根据专家预测 ,2 0 0 5年我国纸和纸板消费约 50 0 0万吨 ,瓦楞材料消费如按 30 %测算 ,届时我国瓦楞材料消费量为1 50 0万吨。从宏观统计来看 ,各国(地区 )瓦楞纸板中箱板和瓦楞原纸所占比例不同 :美国瓦楞原纸 31 .5 % ;日本占 39% ;韩国占 30 % ;英国占 38% ;中国台湾占 41 % ,这和该地区所用瓦楞板结构及瓦楞原纸的定量有关。我国瓦楞原纸消费比重比箱板纸高得多 ,1 998年瓦楞纸板消费量为 956万吨 ,其中瓦楞原料纸 586万吨 ,占 61 %这种比例正和国际上的比例相…     

造纸专用淀粉在瓦楞原纸中的应用

以玉米淀粉、变性淀粉为原料,添加增强剂、稳定剂复配专用淀粉,从理化指标和糊化特性分析,专用淀粉理化指标无明显变化,糊化性能得到显著提升。选择两种专用淀粉在瓦楞原纸表面施胶中做应用试验,试验证明专用淀粉可降量25%等效替代玉米淀粉。选择效果较好的专用淀粉用于替代木薯淀粉进行表面施胶应用试验,试验证明可等量、等效替代木薯淀粉用于瓦楞原纸中。     

瓦楞纸板边压强度影响因素分析

目的分析瓦楞纸板边压强度与其基本物理参数之间的关系。方法通过试验测量不同弹性模量、泊松比的原纸所对应不同结构参数的瓦楞纸板的边压强度。结果当材料一定时,原纸的定量越大,厚度越厚;原纸的纵向弹性模量总是大于横向弹性模量;相同类型的原纸随着定量的增大,其纵横向弹性模量和剪切模量逐渐增大;面纸定量相同、芯纸定量不同的瓦楞纸板,其边压强度随芯纸定量增大而增大;芯纸定量相同、面纸定量不同的瓦楞纸板,其边压强度随面纸定量增大而增大;材质相同、楞形不同的瓦楞纸板,其边压强度由大到小依次为A型、C型、B型。结论瓦楞原纸物性参数、瓦楞纸板结构参数均对瓦楞纸板边压强度有决定性的影响。     

合理选用瓦楞原纸和箱纸板提高瓦楞纸箱质量

瓦楞纸箱要具备良好的保护功能,就必须具有一定的牢固度和耐用性,而瓦楞纸箱是由瓦楞纸板加工而成,瓦楞纸板是由箱纸板和瓦楞芯纸黏合而成,瓦楞芯纸又是由瓦楞原纸轧制而成,因此,瓦楞纸箱的各项性能受到瓦楞原纸、箱纸板质量和性能的影响。本文简单介绍瓦楞原纸、箱纸板的性能指标及储存和选用的一些基本原则。     

合理选用瓦楞原纸和箱纸板提高瓦楞纸箱质量

瓦楞纸箱要具备良好的保护功能,就必须具有一定的牢固度和耐用性,而瓦楞纸箱是由瓦楞纸板加工而成,瓦楞纸板是由箱纸板和瓦楞芯纸黏合而成,瓦楞芯纸又是由瓦楞原纸轧制而成,因此,瓦楞纸箱的各项性能受到瓦楞原纸、箱纸板质量和性能的影响。本文简单介绍瓦楞原纸、箱纸板的性能指标及储存和选用的一些基本原则。     

基于仪器化压入硬度和功测试材料杨氏模量的方法

应用量纲定理和有限元方法对仪器化压入响应进行了分析。结果表明:在仪器化压入硬度HOP(即Oliver-Pharr压入硬度)和联合杨氏模量Ec的比值与卸载功We和压入总功Wt的比值间存在近似的函数关系,即HOP/Ec=Γ(We/Wt),其中联合杨氏模量被定义为Ec=1/[(1-2ν)/E+1.32(1-i2ν)/Ei],且Ei,E和iν,ν分别为金刚石压头和被压材料的杨氏模量及泊松比。基于上述关系提出了由仪器化压入硬度和压入比功确定材料杨氏模量的新方法,同时分析了该方法的理论误差。通过试验表明该方法较传统Oliver-Pharr方法具有较高的测试精度。     

Concurrent topological design of composite structures and materials containing multiple phases of distinct Poisson’s ratios

Most studies on composites assume that the constituent phases have different values of stiffness. Little attention has been paid to the effect of constituent phases having distinct Poisson’s ratios. This research focuses on a concurrent optimization method for simultaneously designing composite structures and materials with distinct Poisson’s ratios. The proposed method aims to minimize the mean compliance of the macrostructure with a given mass of base materials. In contrast to the traditional interpolation of the stiffness matrix through numerical results, an interpolation scheme of the Young’s modulus and Poisson’s ratio using different parameters is adopted. The numerical results demonstrate that the Poisson effect plays a key role in reducing the mean compliance of the final design. An important contribution of the present study is that the proposed concurrent optimization method can automatically distribute base materials with distinct Poisson’s ratios between the macrostructural and microstructural levels under a single constraint of the total mass.     

新型叠层结构瓦楞纸板设计及其动态性能研究

目的 设计一种新型叠层结构瓦楞纸板,解决传统瓦楞纸板耐反复冲击性能较差等问题,获得缓冲及防振性能提升的包装用新型瓦楞纸板。方法 首先设计新型纸板芯纸结构;其次设定新型纸板和传统纸板参数,并手工制作试样;最后对这2种纸板分别进行动态缓冲性能试验和随机振动试验,对比分析2种纸板性能。结果 动态缓冲性能对比试验表明,在不同跌落高度下新型纸板的缓冲性能优于传统纸板;在反复冲击条件下,新型纸板的累积缓冲性能亦优于传统纸板的。随机振动试验表明,新型纸板的减振区间为63.4～200 Hz,而传统纸板在5～200 Hz内无减振现象;新型纸板在40 Hz左右的振动传递率达到峰值4.2,传统纸板的固有频率为163 Hz,新型纸板在此频率下弹性模量相对较小;新型纸板用于公路、铁路运输包装设计时应避开40Hz的共振频率。结论 与传统纸板相比,新型纸板的动态缓冲性能及减振性能均有提升。     

Comparing Linear Viscoelastic Properties of Asphalt Concrete Measured by Laboratory Seismic and Tension–Compression Tests

Seismic measurements and conventional cyclic loading have been applied to a cylindrical asphalt concrete specimen to compare the complex modulus and complex Poisson’s ratio between the two testing methods. The seismic moduli and Poisson’s ratio have been characterized by optimizing finite element calculated frequency response functions to measurements performed at different temperatures. An impact hammer and an accelerometer were used to measure the frequency response functions of the specimen which was placed on soft foam for free boundary conditions. The cyclic loading was performed by applying both tension and compression to the specimen while measuring the displacements in the axial and radial direction. The Havriliak–Negami and the 2S2P1D model have been used to estimate master curves of the complex modulus and complex Poisson’s ratio from the seismic and the tension–compression tests. The seismic measurements performed at a lower strain level than the tension–compression test give a higher absolute value of the complex moduli (e.g. \({\sim }12\,\%\) at 100 Hz) and a lower phase angle compared to the tension–compression results.     

零泊松比超材料设计的多评价点功能基元拓扑优化方法

提出基于多评价点约束的零泊松比超材料功能基元拓扑优化设计方法。在同一功能基元拓扑基结构中,通过建立对于多个评价点的正、负泊松比约束,实现胞元零泊松比效应。分别采用最小质量和最大柔度目标函数拓扑优化模型优化设计出与半内六角蜂窝相似的零泊松比功能基元最优拓扑构型。提取功能基元最优构型并周期性序构了零泊松比超材料试件,通过有限元方法验证了该功能基元的零泊松比效应,并分析超材料试件的静、动力学特性。计算结果表明,最大柔度目标函数设计的功能基元构型的泊松比更接近于零,且具有更好的承载与隔振性能。设计了零泊松比超材料环肋双层圆柱壳结构,进行外壳静压和内部设备激振下壳体水下辐射噪声分析。研究表明,零泊松比超材料环肋可将外壳压缩变形转换为内外壳间环肋旋转,实现耐压壳内壳的保形,且具有较好的降噪性能。      

DSCM变形测定新技术在柔性包装力学性能测定中的应用

文中采用现代光测力学中的数字散斑相关(DSCM)新技术,测定了聚丙烯(PP)打包带的应力-应变曲线和泊松比、(牛皮)纸-塑(PE)复合材料的蠕变规律和F型瓦楞纸盒的侧向挤压变形.与传统的测试方法相比,显示了DSCM技术非接触式、零加强效应以及高精度全场全程测试的特点,并结合对象材料力学性态上的特殊性所提出的测量要求,展开了分析讨论.     

瓦楞纸板楞形参数对力学性能的影响

目的 研究瓦楞纸板楞形参数对力学性能的影响规律,以达到在保证力学性能的基础上,减少材料的使用,降低生产成本。方法 在国标规定的范围内,均匀选取了瓦楞纸板的楞宽、楞高以及楞峰半径的实验值,设计单因素实验,推导出芯纸压缩比系数公式。利用有限元方法进行准静态压缩试验,得出瓦楞纸板的边压强度以及边压强度与压缩比系数的比值。结果 压缩比系数随楞宽和楞峰半径的增加逐渐降低,随楞高的增加逐渐增高,楞宽的影响程度最大,其次是楞高,楞峰半径最小;边压强度随楞宽的增加逐渐降低,随楞高的增加整体趋势为逐渐增高,边压强度随楞峰半径的增加,其变化波动较大,在楞峰半径为1.3 mm时边压强度最大。边压强度与压缩比系数的比值在单因素变化的情况下,楞宽为3.4 mm时最大,楞高为3.75 mm时最大,楞峰半径为1.3 mm时最大。结论 瓦楞几何参数对瓦楞纸板的边压强度和压缩比系数均有明显的影响,所以选择合适的几何参数组合可以在保证强度的基础上降低材料的使用量。     

A mixed integer programming approach to designing periodic frame structures with negative Poisson’s ratio

Materials and microstructures with specific configurations are able to have negative Poisson’s ratio. This paper proposes a topology optimization methodology of frame structures to design a planar periodic structure that exhibits negative Poisson’s ratio. Provided that beam section of each existing member is chosen from a set of some given candidates, we can reduce the topology optimization problem to a mixed-integer linear programming problem. Since the proposed approach treats frame structures and stress constraints are rigorously addressed, the optimal solution contains no hinge region. A heuristic method with local search is used to solve large-scale problems. Numerical examples and fabrication test demonstrate that planar periodic frame structures exhibiting negative Poisson’s ratio can be successfully obtained by the proposed method.     

A composite material with Poisson’s ratio tunable from positive to negative values: an experimental and numerical study

The Poisson’s ratio describes an extent of transverse deformation of a material when an axial strain is applied. A change of the Poisson’s ratio from positive to negative can equip a material with a set of specific properties. In this paper, a study of a composite material with a tunable Poisson’s ratio is presented. Samples of such a composite were first fabricated with two different polymers based on a composite structure proposed in our previous work using a multi-material additive-manufacturing system. Using both experimental and numerical methods, deformation mechanisms and mechanical properties of this composite material were analyzed. The obtained results demonstrate that its Poisson’s ratio can be reduced by increasing the difference in stiffness of constituent materials and turned from positive to negative when this difference is sufficiently high. Additionally, the study also validates a possible method to fabricate composites with designed structures and multi-constituent materials using additive-manufacturing techniques.     

碳纳米管力学性能分析的分子结构有限元模型

基于分子结构力学理论,将C—C共价键等效比拟为空间梁单元,利用ANSYS的二次开发工具APDL语言编程创建能够恰当模拟碳纳米管原子间相互作用势的分子结构有限元模型,应用该模型详细研究碳纳米管在简单拉伸和纯扭转时的力学性能及其尺度效应,即手性角和管径变化对碳纳米管杨氏模量、泊松比和剪切模量的定量影响。计算结果表明,杨氏模量和剪切模量与大部分相关文献的结果吻合,但泊松比的数值结果和尺度依赖性规律在国内外文献中尚未获得统一观点,且在弹性模量、泊松比和剪切模量之间未发现明确的定量关系。