纸浆模塑缓冲衬垫的结构性能分析与制品设计

论文摘要

“纸浆模塑”是以一定浓度的纸浆为原料,通过模具成型、干燥整形等工艺制成的制品。纸浆模塑缓冲衬垫是纸浆模塑制品在缓冲包装中的应用。由于环保性能优越,缓冲性能良好,纸浆模塑缓冲衬垫主要用于家用电器、电子产品缓冲衬垫等工业产品的包装。但是,目前纸浆模塑缓冲衬垫的设计缺少理论指导,设计完全凭借经验,导致设计的缓冲制品出现材料用量过度或者缓冲性能要求不过关致使产品损坏的情况出现。本文研究目的,是在研究纸浆模塑缓冲衬垫结构性能的基础上,探讨基于单元结构性能与模块化设计理念的纸浆模塑缓冲衬垫结构设计方法,主要研究内容如下:（1）在纸浆模塑材料及单元结构实际试验的基础上,用ANSYS/LS-DYNA有限元软件进行结构单元静态压缩试验的模拟,主要探讨了静态压缩模拟试验的几何模型和有限元模型的建立以及影响模拟结果的因素。此外,推导了表征纸浆模塑材料弹黏塑性的流变模型。（2）通过计算机模拟和试验分析,结合数据分析理论,分别研究了纸浆模塑结构单元和缓冲衬垫的力学性能及其主要结构影响因素之间的关系,得到了纸浆模塑四棱台状结构单元和圆台状结构单元最大承载载荷及其结构参数的关系,以及纸浆模塑缓冲衬垫力学性能及其结构参数的关系。（3）依据纸浆模塑结构单元、缓冲衬垫的研究结论,结合缓冲包装设计理论与纸浆模塑设计实践,提出模块化设计理念,对纸浆模塑缓冲衬垫的定位结构设计和缓冲结构设计进行了讨论。本课题的研究可为纸浆模塑包装产品的结构设计提供一定依据;根据课题研究所形成的设计规范可用于相关企业产品设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 纸浆模塑制品简介
• 1.2 纸浆模塑缓冲衬垫的发展与应用前景
• 1.3 本课题研究的重要性及必要性
• 1.4 课题相关研究现状及存在的主要问题
• 1.4.1 国内外研究现状
• 1.4.2 存在的主要问题
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 第二章 结构单元静态压缩试验的计算机模拟
• 2.1 有限元法及ANSYS 软件简介
• 2.1.1 有限元法简介
• 2.1.2 ANSYS/LS-DYNA 软件简介
• 2.2 纸浆模塑材料的弹黏塑性模型
• 2.2.1 试验材料及方法
• 2.2.2 纸浆模塑材料的力学模型建立
• 2.2.3 结果分析及模型参数识别
• 2.3 纸浆模塑结构单元模型的计算机模拟
• 2.3.1 几何模型的建立
• 2.3.2 有限元模型的建立
• 2.3.3 结果读取
• 2.4 模拟结果的影响因素
• 2.4.1 压板几何模型的影响
• 2.4.2 有限元模型的影响
• 2.5 模拟结果和实际测量结果的比较及讨论
• 2.6 本章小结
• 第三章 纸浆模塑缓冲衬垫的结构及力学性能
• 3.1 纸浆模塑材料及结构单元的归纳
• 3.2.1 纸浆模塑材料种类
• 3.2.2 纸浆模塑结构单元类型
• 3.2 纸浆模塑缓冲衬垫的缓冲机理
• 3.2.1 传统缓冲材料的缓冲机理
• 3.2.2 纸浆模塑缓冲衬垫的缓冲机理及特点
• 3.3 纸浆模塑结构单元缓冲性能及其表征
• 3.3.1 纸浆模塑结构单元的载荷和变形曲线
• 3.3.2 纸浆模塑结构单元的结构参数
• 3.3.3 四棱台结构单元承载能力的主要影响因素
• 3.3.4 四棱台结构单元承载能力与主要结构参数的关系
• 3.3.5 圆台状结构单元承载能力的主要影响因素及关系
• 3.3.6 纸浆模塑结构单元缓冲性能的评价
• 3.4 纸浆模塑缓冲衬垫的缓冲性能及影响因素
• 3.5 本章小结
• 第四章 纸浆模塑缓冲衬垫的设计方法研究
• 4.1 现行纸浆模塑缓冲衬垫设计方法
• 4.2 纸浆模塑缓冲衬垫的设计要求
• 4.2.1 缓冲包装设计要求
• 4.2.2 纸浆模塑缓冲衬垫制品要求
• 4.2.3 纸浆模塑缓冲衬垫设计需考虑的因素
• 4.3 基于模块化的纸浆模塑缓冲衬垫设计
• 4.3.1 纸浆模塑缓冲包装形式
• 4.3.2 基于加速度时程曲线的纸浆模塑缓冲衬垫定位结构设计
• m-F_max 缓冲效率曲线的缓冲结构设计'>4.3.3 基于η_m-F_max缓冲效率曲线的缓冲结构设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论与创新之处
• 5.1.1 结论
• 5.1.2 创新点
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间完成的工作及发表和已录用的论文
• 致谢
• 附录1 SAS 软件非线性分析程序
• 附录2 LS-DYNA 静态压缩模拟试验命令流
• 附录3 四棱台结构单元静态压缩模拟试验应力云图