【正文】 瓦楞紙板的結(jié)構(gòu) 11 模型的建立 12 solidworks 軟件的介紹 12 建立模型圖的介紹 12 4 優(yōu)化設(shè)計分析過程及流程 13 ANSYS 軟件的介紹 13 模型在 ANSYS 中的分析過程和流程概述 14 具體的分析過程結(jié)果分析討論 14 開槽長度和寬度為 30x3 的分析步驟和流程 14 開槽結(jié)構(gòu)為 30x5 的分析結(jié)果 24 開槽結(jié)構(gòu)為 35x3 的分析結(jié)果圖 28 開槽方向改變后的模型分析。其研究的內(nèi)容是外界條件的改變，比如溫度，濕度等的改變對瓦楞紙板緩沖性能的影響。 通過對這幾個方面分析出來的結(jié)果的比較，研究和討論得出他們結(jié)構(gòu)的改變對瓦楞紙板緩沖性能會有怎樣的影響。 本文的特色在于： 研究的方法是利用有限元分析軟件 ， 研究的方向 和內(nèi)容 是從瓦楞紙板的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行緩沖性能的研究 ，從而達(dá)到優(yōu)化設(shè)計的效果。至今，瓦楞紙板已成為現(xiàn)代包裝使用最廣泛的包裝材料之一，瓦楞紙箱產(chǎn)值占包裝工業(yè)制品總產(chǎn)值的 30%以上。上世紀(jì) 70～ 80 年代，是我國瓦楞紙箱的單機(jī)生產(chǎn)時期；90 年代初期到中期的瓦楞單面機(jī)生產(chǎn)時期，已經(jīng)成為歷史。 近年來，隨著綠色包裝理念的滲入，瓦楞紙板以其可降解和可再生的特性而倍受青睞。高德等從原材料、楞型結(jié)構(gòu)、緩沖特性、印刷適性等方面全面地分析了瓦楞紙板作為包裝材料的性能，闡述了目前瓦楞紙板研發(fā)的狀態(tài)及瓦楞紙板的發(fā)展前景。高德等建立了瓦楞紙板的平壓、邊壓、側(cè)壓的靜態(tài)應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系模型、非線性粘彈塑性模型及其參數(shù) [34]。高德等應(yīng)用ABAQuS 有限元分析軟件，對 AB 型瓦楞紙板的靜態(tài)壓縮性能、緩沖性能進(jìn)行了非線性有限元分析，獲得了均布載荷條件下的應(yīng)力分布、緩沖特性曲線，為瓦楞紙板力學(xué)性能的研究提供了一種新方法 [89]。 國外，布列霍特采用 Maxwell 流體模型、 Kelvin 固體模型、塑性元件的組合形式，提出了瓦楞紙板的力學(xué)模型 [14]。 綜上所述，瓦楞紙板有著大量的研究工作，同其他國家相比我國的瓦楞工業(yè)仍然比較落后，瓦楞紙板的產(chǎn)量位居世界第二位，但是就瓦楞紙板的利用率來說卻不是強(qiáng)國，美國的三層紙箱占瓦楞紙箱總量的 90%，五層和七層紙箱不到 10%，而中國的五層紙箱 占 整個紙箱的 60%以上，三層的瓦楞紙板僅占 20%多一點(diǎn)。 4. 通過對以上結(jié)果的分析比較和研究對瓦楞紙板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。 2 利用 solidworks 軟件瓦楞紙板的就夠進(jìn)行建模 , 在建模時是把三層瓦楞紙板作為一個整體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模的。通過對這幾個方面分析出來的結(jié)果的比較，研究和討論得出他們結(jié)構(gòu)的改變對瓦楞紙板緩沖性能會有怎樣的影響。瓦楞紙 板是由一層或多層瓦楞紙粘合在若干層紙或紙板之間，用于制造瓦楞紙 的一種復(fù)合紙板 。面紙在進(jìn)行粘合前要經(jīng)預(yù)熱，使其表面受熱 而有利于粘合。開啟旋塞時，帶有水霧的蒸汽便噴向紙幅，使原紙水分滿足工藝需要。對于瓦楞紙板的研究， 1871年美國人 AlbertJ0nes發(fā)明單面瓦楞紙板，用于包裝玻璃罩和類似的易碎物品，獲得美國第一個專利權(quán) 。改革開放以來，我國瓦楞紙箱業(yè)迅速發(fā)展。 經(jīng)過上世紀(jì)前后七、八年的發(fā)展，開創(chuàng)了我國瓦楞紙箱生產(chǎn)線生產(chǎn)的新時期。 本文所研究的內(nèi)容用到的分析方法是有限元分析的方法， 有限單元法的基本思想是將連續(xù)的求解區(qū)域離散為一組有限個、且按一定方式相互聯(lián)結(jié)在一起的單元的組合體。 有限元法是 一種離散化的數(shù)值方法。同時單元也 不能 分割 太小，否則 會導(dǎo)致計算量過 大。這樣一來，一個問題的有限 元分析中，未知場函數(shù)或及其導(dǎo)數(shù)在各個結(jié)點(diǎn)上的數(shù)值就成為新的未知量 (也即自由度 )，從而使一個連續(xù)的無限自由度問題變成離散的有限自由度問題。 經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展和在工程實(shí)際中的應(yīng)用，有限元法被證明是一種行之有效的工程問題的模擬仿真方法，解決了大量 的工程實(shí)際問題，為工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步起到了巨大的推動作用。廣義上講，模型包括所有的節(jié)點(diǎn)、單元、材料屬性、實(shí)常數(shù)、邊界條件，以及其他用來表現(xiàn)這個物理系統(tǒng)的特征，所有這些特征都反映在 有限元網(wǎng)格及其設(shè)定上面。對于層數(shù)，只是根據(jù)紙張或芯層的數(shù)量來確定，是一種很簡單的分類方法。在瓦楞紙板的生產(chǎn)設(shè)計中需要根據(jù)瓦楞紙板的實(shí)際使用情況選擇合適的瓦楞形式，并盡量減小芯層的紙板用量以減少原材料降低成本。 建立模型圖的介紹 所研究的 單 瓦楞紙板 的結(jié)構(gòu)模型是在 solidworks軟件中建立的 ,在建模的過程中瓦楞紙板的三層結(jié)構(gòu)分別按不同的零件進(jìn)行建模 ,最后在裝配在一 起 。 ANSYS 靈活、開放的解決方案為概念設(shè)計到最終測試的設(shè)計全過程提供了有效的 CAE 協(xié)同環(huán)境，使客戶可以在設(shè)計的各個階段大規(guī)模采用 CAE 技術(shù)，最大程度地發(fā)揮 CAE 技術(shù)對設(shè)計流程的優(yōu)化，從而大幅度縮短研發(fā)時間，降低研發(fā)費(fèi)用，提高設(shè)計質(zhì)量。 對應(yīng)分析過程的前處理、求解及后處理 3 個階段， ANSYS 由如下 3 個模塊組成。 ANSYS 程序提供了 4 種建立有限元模型的方法：直接建模、實(shí)體建模、輸入在計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)（ CAD）中創(chuàng)建的實(shí)體模型以及輸入在計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)（ CAD）中創(chuàng)建的有限元模型。ANSYS 的求解子模塊包括結(jié)構(gòu)靜應(yīng)力分析、結(jié)構(gòu)動應(yīng)力分析、結(jié)構(gòu)非線性分析、動力學(xué)分析、熱分析、電磁場分析、流體動力學(xué)分析、聲場分析、壓電分析、疲勞、斷裂及復(fù)合材料分析。 ANSYS 程序的載荷分為位移載荷、力或 力矩、面載荷、體積載荷、慣性載荷、耦合場載荷。對于某個分析的每一載荷步，用戶可指定每個子步、最終子步或最終子步和中間子步的組合寫數(shù)據(jù)集，可以選擇寫數(shù)據(jù)組的范圍，如位移、應(yīng)力及反 作用力。 其中網(wǎng)格劃分是這一部分是重點(diǎn)， 因為網(wǎng)格劃分的大小和方法直接影響到分析出來的結(jié)果的精確度，以及需要的計算機(jī)的資源和計算的時間。 本文分析中分析的類型是靜力分析，施加的載荷是面載荷。單元屬性是指在劃分網(wǎng)格之前必須指定的要分析的對象的特征，其特征包括 3 個方面：材料屬性、單元類型、實(shí)常數(shù)。通常， 選擇單元的原則時盡量選用維數(shù)比較少的單元來達(dá)到預(yù)期目的。三維實(shí)體單元對于幾何、材料、載荷或分析結(jié)果要求考慮的細(xì)節(jié)等原因造成的無法采用簡單單元解析的建模的結(jié)構(gòu)只能采用三維實(shí)體單元?？v向應(yīng)力與縱向應(yīng)變的比例常數(shù)就是材料的彈性模量 E，也叫楊氏模 量；泊松比即 在材料的比例極限內(nèi)，由均勻分布的縱向應(yīng)力所引起的橫向應(yīng)變與相應(yīng)的縱向應(yīng)變之比的絕對 值 了解材料屬性的參數(shù)后，定義材料屬性 其具體操作步驟如下 : 執(zhí)行命令 main menupreprocessormaterial propsmaterial models 在出現(xiàn)的對話框中一次雙擊 stuctural ,linear, elastic, isotropic, 在彈出的對話框中輸入瓦楞紙板模型的彈性模量和泊松比 ,分別為 3100Mpa, 數(shù)值 .[余本農(nóng) 蔡惠萍 .瓦楞紙板力學(xué)性能的試驗研究 .] 3 導(dǎo)入分析幾何模型 定義完單元類型和材料屬性后就開始導(dǎo)入模型 ,ANSYS 程序提供兩種無 何圖形 傳遞工具，同時提供幾何模型修復(fù)工具對讀入的實(shí)體模型進(jìn)行修復(fù)，保證能成功地進(jìn)行網(wǎng)格劃分。該方法一般要經(jīng)過從 CAD－ IGES—ANSYS 的轉(zhuǎn)換過程，如 圖 41 所示：操作簡單，理論上講，任何 CAD 軟件的輸出格式都可以通過 IGES 格式導(dǎo)入到 ANSYS 中， 但 IGES 格式存在一些不足，以 IGES 格式的轉(zhuǎn)換是以犧牲圖形文件 的 諸多信息為代價的。輸出 對話框鐘，選擇 ⊙所有實(shí)體。 型線框 PlotCtrls(顯示控制 )→Style→Solid Model Facets→下拉框中 選 擇 Normal Faceting→OK, 鼠標(biāo)右鍵選擇 Replot 重生，即可看到實(shí)體了。對體進(jìn)行自由網(wǎng)格劃分，一般指定網(wǎng)格為四面體單元，六面體單元作為過渡也可以加入到四面體網(wǎng)格中。自由網(wǎng)格對于單元形狀無限制，并且沒有特定的準(zhǔn)則。如果想要這種網(wǎng)格類型，必須將模型生成具有一系列相當(dāng)規(guī)則的體或面才能接受映射網(wǎng)格劃分 。對面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，自由網(wǎng)格可以只由四邊形單元組成，或只由三角形單元組成，或兩者混合。 b :與有限元模型相比 ,實(shí)體模型通常包括較少的實(shí)體。 d : 不能顯示所用的實(shí)體模型載荷 . (2) 當(dāng)載荷施加到有限元模型上時 ,它具有下列的優(yōu)缺點(diǎn) : 優(yōu)點(diǎn) : a 在簡化分析中不會產(chǎn)生問題 , 因為可以將載荷直接施加在主節(jié)點(diǎn)上 . b 不必?fù)?dān)心約束擴(kuò)展 ,可簡單的選擇所有所需的節(jié)點(diǎn) ,并指定適當(dāng)?shù)募s束 . 缺點(diǎn) : a 任何有限元網(wǎng)格的 修改都使載荷無效 , 需要刪除先前的載荷并在新網(wǎng)格上重新施加載 荷 。 在此要對瓦楞紙板的底面施加一個 Y 方向的約束 . f. 執(zhí)行命令 utility menu selectentities 出現(xiàn)一個對話框 . 在第一個下拉菜武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 20 單中 volumes 在第二個下拉菜單中選擇 by numeber/pick,在第三欄中選擇 from full ,單擊 ok 按鈕 ,出現(xiàn) select volumes 選擇菜單 ,選擇要施加約束和載荷的面。受載荷后的分析模型圖如 圖 44 所示 下 圖 43 受載后的模型分析圖 圖 44 有限元模型的受載圖 6 開始求解分析運(yùn)算 : 選擇 ulitiy menuselectevrything 命令 執(zhí)行命令 main menusolutioncurrent LS, 彈出一個對話框單擊 ok 按鈕 ,ANSYS 開始求解計算 ,計算結(jié)束后保存求解結(jié)果。出現(xiàn)一個對話框選擇 displacement vector sum 單擊 ok 按鈕出現(xiàn)如圖 45 所示的合位移等值線圖 : 圖 45 開槽結(jié)構(gòu)為 30x3 的合位移等值線圖 從 Y 方向看過去的 合位移等值線 圖如 圖 46 所示 : 圖 46 俯視效果的合位移等值線圖 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 22 (2) 模型在 Y 方向的位移變化圖如 圖 47 所示 : 圖 46 Y 方向的合位移等值線圖 在 圖 47 Y 方向的位移變化圖 X 方向的位移變化線圖如 圖 48 所示 : 圖 47 圖 48 X 方向的位移變化圖 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 23 (3)選擇 main menugeneral postproc plot results contout plot nodal solu 命令 , 在出現(xiàn)的對話框中選擇 stressvon mises sress 單擊 ok 按鈕顯示出如圖 49 所示的等效應(yīng)力場等值線圖。開槽寬度 小 的結(jié)構(gòu)從圖 412中可以看出其最大的變化位移是 ，相比于開槽寬度小的模型結(jié)構(gòu)來說起最大位移變化的差別不是很大。 以上的研究瓦楞紙板結(jié)構(gòu)的開槽寬度是 3mm長是 的模型改變其的開槽長度 ,改為 。 比較兩模型的等效應(yīng)力場圖可以看出，對于開槽長度小的模型來說其等效應(yīng)力場圖在整個受力過程中其受力基本上在各個區(qū)域是 均勻 的，而對于開槽長度大的來說，可以看出來其等效應(yīng)力場圖并不是均勻的。這也從另一個方面反映出來開槽長度大的結(jié)構(gòu)其應(yīng)力集中的現(xiàn)象要比開槽長度小的結(jié)構(gòu) 嚴(yán)重 。 對于開槽寬度一樣開槽長度不一樣的瓦楞紙板結(jié)構(gòu)來說，開槽長度的 不同會對其緩沖性能有一定得影響，總的來說，開槽長度大的在受同樣的載荷時受力相對不均勻，但這種不均勻不是很明顯，不過還是有一定得影響，但是他對外界載荷的響應(yīng)會出現(xiàn)有的地方比開槽長度小的好，有的地方比開槽寬度小的瓦楞紙板結(jié)構(gòu)的壞，整體上不一致，開槽長度小的瓦楞紙板結(jié)構(gòu) ，其在受載荷后受力情況較好，但其對外界載荷的響應(yīng)在局部地方不如開槽長度大的結(jié)構(gòu)。 影響瓦楞紙板結(jié)構(gòu)緩沖性能的因素除了開槽結(jié)構(gòu)的不同外 , 同時開槽方向的改變對其緩沖行能的影響 ,也不容忽視 ,也是值得研究的地方。與第一個分析的開槽的結(jié)構(gòu)一樣不同的