【正文】 d on the MATLAB software, a series of simple and practical application module, users only need to in Matlab / GUI interface to input and select the required parameters, can realize the output of EPS cushion performance, the cushioning design.Keywords： EPS；MATLAB / GUI buffer pad；Maximum acceleration static stress curve；Vulnerable parts目 錄摘 要 IABSTRACT II1. 緒 論 1 研究背景和意義 1 發(fā)泡聚苯乙烯泡沫的介紹 1 發(fā)泡聚苯乙烯泡沫的定義 1 發(fā)泡聚苯乙烯泡沫的特性 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 3 研究?jī)?nèi)容 42 利用MATLAB/GUI界面建立EPS緩沖數(shù)據(jù)庫(kù)求解緩沖曲線(xiàn) 5 建立EPS緩沖性能數(shù)據(jù)庫(kù) 5 讀取所需處理的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn) 5 尋找圖像坐標(biāo)刻度與圖片的像素關(guān)系 5 將圖像曲線(xiàn)上選取的點(diǎn)轉(zhuǎn)化為像素坐標(biāo)系上的點(diǎn)坐標(biāo)值 6 建立新圖像坐標(biāo)，將選取的點(diǎn)的像素坐標(biāo)值轉(zhuǎn)化為真實(shí)的試驗(yàn)數(shù)值 6 利用應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)計(jì)算并繪制緩沖曲線(xiàn) 7 讀取MATLAB的工作文件夾中的文本文件 7 建立新圖形窗口，繪制EPS的曲線(xiàn)圖 7 繪制成曲線(xiàn)圖 7 繪制曲線(xiàn)圖 8 EPS緩沖數(shù)據(jù)庫(kù)界面程序制作 9 例 103 利用MATLAB/GUI求解EPS緩沖作用下單自由度緩沖性能 11 求解EPS緩沖作用下單自由度緩沖性能程序設(shè)計(jì) 11 設(shè)計(jì)輸入單自由度的緩沖環(huán)境的程序 11 計(jì)算緩沖襯墊的最小緩沖面積 12 計(jì)算緩沖襯墊的厚度 12 EPS緩沖作用下單自由度緩沖性能界面程序制作 13 示例 134 利用MATLAB/GUI求解二自由度EPS緩沖性能 15 包裝產(chǎn)品易損件的EPS本構(gòu)模型 15 緩沖過(guò)程分析以及運(yùn)行程序設(shè)計(jì) 17 EPS襯墊壓縮階段緩沖分析 17 EPS襯墊回彈階段緩沖分析 18 包裝產(chǎn)品易損件加速度響應(yīng)分析 19 EPS緩沖作用下易損件的加速度響應(yīng)曲線(xiàn)界面程序制作 20 示例 205. 總結(jié)與展望 22參考文獻(xiàn) 23附 錄 25附錄1 建立EPS緩沖性能數(shù)據(jù)庫(kù)程序 25附錄2 利用應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)計(jì)算并繪制緩沖曲線(xiàn)程序 27附錄3 求解單自由度EPS緩沖襯墊設(shè)計(jì)程序 30附錄4 求解二自由度EPS緩沖作用下緩沖性能程序 34致 謝 39XXXI1. 緒 論 研究背景和意義隨著國(guó)民素質(zhì)的提高，環(huán)保問(wèn)題已經(jīng)深入人心，“白色污染”也成為了人們共同關(guān)注的熱門(mén)話(huà)題。 發(fā)泡聚苯乙烯泡沫的特性（1）密度和力學(xué)特性EPS的各項(xiàng)力學(xué)特性都是隨著它的密度的增大而提高, 因此EPS的密度是一個(gè)十分重要的指標(biāo)，表觀的密度取決于PS顆粒的發(fā)泡膨脹的倍數(shù)大小，一般情況下，是每升體積在10至45克之間00。朱向榮0等研究了不同的受壓縮速率和加載次數(shù)對(duì)發(fā)泡聚苯乙烯材料緩沖性能的影響，如表11所示。 厚度對(duì)EPS永久壓縮率的影響 國(guó)外研究現(xiàn)狀 Horvath00用長(zhǎng)、寬、高均為5厘米的發(fā)泡聚苯乙烯作為試驗(yàn)樣件， mm/s的狀態(tài)下進(jìn)行了壓縮泡沫的測(cè)試，得到了壓縮曲線(xiàn)并對(duì)該曲線(xiàn)進(jìn)行了分析。 本課題基于MATLAB/GUI軟件編程，從使用者的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了一系列簡(jiǎn)單而又實(shí)用的應(yīng)用模塊，主要應(yīng)用于：不同密度EPS的緩沖性能的收集、單自由度EPS緩沖襯墊的設(shè)計(jì)、二自由度EPS緩沖作用下包裝產(chǎn)品易損件加速度響應(yīng)的計(jì)算。此外，根據(jù)不同的屈服強(qiáng)度和硬化或軟化的約束條件，該模型的參數(shù)可以系統(tǒng)變化，以確定泡沫的初始密度。在不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，發(fā)泡聚苯乙烯的緩沖性能也截然不同。所以，EPS泡沫生產(chǎn)廠(chǎng)家會(huì)在制造的過(guò)程中加入一些具有防靜電效果的藥劑，用來(lái)提高聚苯乙烯泡沫的導(dǎo)電能力。減少和合理使用發(fā)泡聚苯乙烯緩沖材料是一個(gè)迫在眉睫的問(wèn)題，因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇了對(duì)發(fā)泡聚苯乙烯緩沖材料的緩沖性能進(jìn)行研究，基于MATLAB軟件，對(duì)發(fā)泡聚苯乙烯泡沫的緩沖性能進(jìn)行理論分析，以此優(yōu)化發(fā)泡聚苯乙烯泡沫緩沖襯墊的包裝方案，減少緩沖襯墊的使用量，從而在一定程度上對(duì)“白色”污染起到了緩解作用。由于EPS具有良好的緩沖性能，本文利用MATLAB/GUI，對(duì)兩類(lèi)形式的緩沖系統(tǒng)進(jìn)行響應(yīng)求解與設(shè)計(jì)。通過(guò)兩步優(yōu)化程序的參數(shù)進(jìn)行評(píng)估。89 kg/m3的高密度泡沫的應(yīng)力應(yīng)變率。要確定該模型是否能在高應(yīng)變率和動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)中工作。 高密度聚氨酯泡沫塑料 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 (=89kg/m3，= ) (=89kg/m3，= ) 進(jìn)行了89kg/m3的高密度聚氨酯泡沫塑料的準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)試。 對(duì)于在相同的應(yīng)變下，當(dāng)泡沫的應(yīng)變速率更高時(shí)，更多的能量將被儲(chǔ)存在泡沫中。擬合曲線(xiàn)很接近實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)。因此，兩步實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在同一密度和溫度下進(jìn)行。（）和（）只不過(guò)是一個(gè)應(yīng)力應(yīng)變方程，它取代模型（6）的五個(gè)參數(shù)比使用十分之一階多項(xiàng)式更有效。第一項(xiàng)適合彈性區(qū)和平坦區(qū)，而第二項(xiàng)適合致密區(qū)。為更好適用泡沫材料在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。2. 本構(gòu)方程 準(zhǔn)靜態(tài)模型聚合物泡沫的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)，在一般情況下顯示出三個(gè)區(qū)域：一個(gè)線(xiàn)性彈性區(qū)域，其次是可塑性平坦區(qū)域以及應(yīng)力陡峭上升的致密區(qū)。在其他聚合物中，聚氨酯泡沫被廣泛用在工業(yè)上。所進(jìn)行的動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)得出了在高應(yīng)變率下應(yīng)力應(yīng)變的數(shù)據(jù)并且將此結(jié)果同本構(gòu)模型進(jìn)行了比較。第四階段：2016年1月——2016年2月，建立MATLAB/GUI界面，建立EPS緩沖數(shù)據(jù)庫(kù)求解緩沖曲線(xiàn)。 編輯求解EPS二自由度緩沖作用下易損件的加速度響應(yīng)程序 編輯程序利用MATLAB/GUI建立工作界面，只要輸入發(fā)泡聚苯乙烯泡沫（EPS）襯墊的厚度、緩沖面積，包裝件的質(zhì)量、跌落高度，便可以計(jì)算并繪制出在制定的EPS緩沖襯墊作用下易損件的加速度響應(yīng)曲線(xiàn)。本論文的研究?jī)?nèi)容大致為：第一章：緒論：介紹發(fā)泡聚苯乙烯泡沫（EPS）的緩沖性能、國(guó)內(nèi)外研究背景、意義以及思路等。此外，該模型表明，給定的下降條件下，沖擊吸收的最佳振幅取決于泡沫的厚度和橫截面面積。Qunli Liu[18]認(rèn)為受到大的變形建議。 Horvath[15]用邊長(zhǎng)為5cm的EPS立方體試件在應(yīng)變速率10 mm/min的條件下，采用應(yīng)變控制形式進(jìn)行了無(wú)側(cè)限單軸壓縮試驗(yàn)，得到壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)并對(duì)該曲線(xiàn)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：相對(duì)密度、環(huán)境溫度、壓縮應(yīng)變率及微觀結(jié)構(gòu)等參數(shù)對(duì)泡沫的緩沖性能影響顯著。杜騁等[8]在《聚苯乙烯泡沫(EPS)的特性及應(yīng)用分析》文中也指出聚苯乙烯泡沫是一種性能優(yōu)良的路基輕質(zhì)填料，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性、良好的力學(xué)性能且施工方便簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)外道路工程中有較為廣泛的應(yīng)用。隨著緩沖襯墊面積與厚度增大，易損件加速度先減小后增大。四種密度的泡沫(28kg/m3, 40kg/m3, 55kg/m3, 70kg/m3)、。發(fā)泡聚苯乙烯緩沖材料的質(zhì)量比較輕省、具有良好的緩沖和保溫性能，基于發(fā)泡聚苯乙烯緩沖材料的性能和優(yōu)點(diǎn)，它已經(jīng)被人們大量的推廣和頻繁的使用，但是發(fā)泡聚苯乙烯緩沖材料的回收問(wèn)題值得人們認(rèn)真考慮。雖然它具有非常多的特點(diǎn)以及可人的前景，但是我國(guó)對(duì)EPS本身的性能缺乏深入全面的研究,在使用過(guò)程中尚有許多需要解決的問(wèn)題，EPS的回收等環(huán)保因素仍然值得人們考慮。模型所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)緩沖曲線(xiàn)保留凹向上的“槽”的實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)的形狀特征。高、低密度聚氨酯泡沫塑料的兩種模型顯示在了不同的應(yīng)變率下應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系。建立微球模型, 分析了微孔尺寸大小對(duì)微發(fā)泡聚苯乙烯力學(xué)性能的影響。朱向榮[10]采用三軸試驗(yàn)研究EPS在不同加載頻率、不同循環(huán)次數(shù)和不同圍壓的下強(qiáng)度和模量等的變化規(guī)律，為EPS工程應(yīng)用提供了一些理論依據(jù)。4. 聚苯乙烯泡沫(EPS)的國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 聚苯乙烯泡沫(EPS)的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀佟富強(qiáng)等[6]等通過(guò)對(duì)聚苯乙烯泡沫材料進(jìn)行不同形變速率的壓縮實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)處理得到不同形變速率條件下材料的緩沖系數(shù)—最大應(yīng)力曲線(xiàn)，找出壓縮速度對(duì)材料緩沖性能影響的變化規(guī)律，可用以指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用。(7)其泡沫珠粒還是一種新型的過(guò)濾材料，可用于種子發(fā)芽和水面育秧等。 聚苯乙烯泡沫(EPS)的應(yīng)用EPS泡沫塑料為輕質(zhì)半硬性多孔材料，它由無(wú)數(shù)閉孔組成，含97%以上的空氣，具有導(dǎo)熱系數(shù)低、沖擊強(qiáng)度高、吸水性小、隔音和耐老化等特點(diǎn)。隨著EPS泡沫制件密度的提高，水的吸收和水蒸汽的透過(guò)率下降，水蒸汽的擴(kuò)散阻力系數(shù)上升。EPS泡沫塑料的變形量是隨負(fù)載時(shí)間的增大而加大。EPS的密度由成型階段聚苯乙烯顆粒的膨脹倍數(shù)決定，一般介于10～45kg/m3之間，作為工程中使用的EPS其表觀密度一般在15～30kg/m3。EPS是當(dāng)前最輕的包裝材料，在冰箱、冷柜、冷藏庫(kù)等方面廣為應(yīng)用，土木建筑中也用它來(lái)作保溫隔熱材料。InternationalZhangMScience, 1992, 32(16): 1138~1146.[6]C. Constitutive modeling and simulation of energy absorbingpolyurethaneJournalA. MechanicalInternationalandProcessingEngineeringG. A
（2）在易損件質(zhì)量主體EPS襯墊模型，首先得到EPS的本構(gòu)模型，然后得到EPS傳遞給產(chǎn)品質(zhì)量主體的加速度離散脈沖，另外根據(jù)三次樣條插值計(jì)算得到，脈沖激勵(lì)下對(duì)易損件系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)。 基本要求： （1）查找和翻譯與課題相關(guān)的英文文獻(xiàn)； （2）文獻(xiàn)綜述≥3000字（后附所查閱的文獻(xiàn)總數(shù)≥20篇，其中外文≥3篇）； （3）外文翻譯≥3000字； （4）開(kāi)題報(bào)告≥3500字（后附文獻(xiàn)總數(shù)≥20篇，其中外文≥3篇）； （5）界面設(shè)計(jì)和相關(guān)程序； （6）畢業(yè)論文≥1萬(wàn)字。phenomenologicalandTechnology. 2007, 191(dynamicJournalmodelsoffoamJeongB.J, KikuchiJournal2. 聚苯乙烯泡沫(EPS)的定義、性能 聚苯乙烯泡沫(EPS)的定義聚苯乙烯(英文polystyrene，簡(jiǎn)稱(chēng)PS)是由含有不飽和鍵的苯乙烯(英文styrene)單體在引發(fā)劑(或催化劑)存在下進(jìn)行聚合反應(yīng)生成。密度是EPS的一個(gè)重要指標(biāo)，其各項(xiàng)力學(xué)性能幾乎與它的密度成正比關(guān)系 [3] 。只有在生產(chǎn)兩天后才能達(dá)到它的承載能力。（5）導(dǎo)電性能。改性后具有抗靜電、阻燃等性能，可廣泛應(yīng)用于緩沖包裝、漂浮器具、保溫隔熱和建筑材料等。 苯乙烯泡沫（EPS）產(chǎn)品廢棄物的具體應(yīng)用(1)搗碎后作土壤改良劑，用于改進(jìn)粘性太大的土壤。 陽(yáng)以本[7]介紹了我國(guó)現(xiàn)階段普遍采用的螺旋傳動(dòng)，蒸汽加熱發(fā)泡工藝生產(chǎn)的可發(fā)性聚苯乙烯泡沫材料密度與壓縮強(qiáng)度(壓縮50%)的關(guān)系，分析成果應(yīng)用的可行性給其摩托車(chē)生產(chǎn)工廠(chǎng)帶來(lái)好的經(jīng)濟(jì)效益(EPS應(yīng)用于摩托車(chē)成品包裝)。盧富德等[11]針對(duì)泡沫結(jié)構(gòu)的壓縮性能，介紹了泡沫結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)壓縮響應(yīng)與數(shù)值模擬方面的研究進(jìn)展。結(jié)果表明:細(xì)小而均勻的泡孔對(duì)微發(fā)泡聚苯乙烯力學(xué)性能的提高有較明顯的促進(jìn)作用, 微球模型的計(jì)算結(jié)果與宏觀力學(xué)性能的影響規(guī)律有很好的重現(xiàn)性。所進(jìn)行的動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)得出了在高應(yīng)變率下應(yīng)力應(yīng)變的數(shù)據(jù)并且將此結(jié)果同本構(gòu)模型進(jìn)行了比較。此外，該模型表明，給定的下降條件下，沖擊吸收的最佳振幅取決于泡沫的厚度和橫截面面積。在現(xiàn)代社會(huì)中，不論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，“白色污染”是人們共同關(guān)注的話(huà)題。濫用發(fā)泡聚苯乙烯緩沖材料，不僅是對(duì)泡沫原材料的浪費(fèi)，更會(huì)造成危害極大的“白色污染”。密度為55kg/m3的EPS泡沫最接近于理想吸能材料。易損件最大響應(yīng)加速度與緩沖襯墊體積關(guān)系呈現(xiàn)勾狀，最后引入系數(shù)表征緩沖襯墊的經(jīng)濟(jì)性和易損件安全性。我國(guó)對(duì)EPS的研究和應(yīng)用較少，文章對(duì)EPS的物理化學(xué)性能、力學(xué)性能、EPS作為路基輕質(zhì)填料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、EPS在道路工程中的應(yīng)用等方而作了較為全而的介紹和分析，對(duì)我國(guó)使用EPS有借鑒作用。相對(duì)密度越大，泡沫結(jié)構(gòu)的屈服應(yīng)力越大，吸收能量的能力越大；泡沫的吸收能量能力一般隨環(huán)境溫度的增加而減??；由于泡沫的基體材料表現(xiàn)率相關(guān)性，應(yīng)變率增加導(dǎo)致吸收能量能力的增加；當(dāng)微觀結(jié)構(gòu)不同時(shí)，泡沫的細(xì)胞分布導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的緩沖性能差異顯著。但沒(méi)有對(duì)多種密度與多種加載速率的情況進(jìn)行試驗(yàn)比較和分析。當(dāng)加壓力負(fù)載時(shí)，可在五參數(shù)模型完全確定應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)的三個(gè)基本特征，即線(xiàn)性、可塑性狀應(yīng)力平臺(tái)和致密化的階段。 Giampiero Pampolini[20]利用一個(gè)模型耦合的非線(xiàn)性彈性和粘度的概念來(lái)描述一種聚氨酯泡沫進(jìn)行單軸循環(huán)壓縮響應(yīng)。第二章：利用MATLAB/GUI界面建立EPS緩沖數(shù)據(jù)庫(kù)求解緩沖曲線(xiàn)：建立MATLAB/GUI界面，基于圖片的像素值，求解EPS最大加速度靜應(yīng)力等緩沖曲線(xiàn) 第三章：利用MATLAB/GUI求解EPS緩沖作用下單自由度緩沖性能：主要通過(guò)包裝件地脆值、包裝件的質(zhì)量、跌落高度，以及EPS的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)來(lái)設(shè)計(jì)緩沖襯墊的緩沖面積和襯墊厚度。4. 研究方法與實(shí)施進(jìn)度計(jì)劃對(duì)本課題的研究主要采用理論研究和實(shí)際相結(jié)合的方法，在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下對(duì)課題進(jìn)行研究。第五階段：2016年2月——2016年3月，建立MATLAB/GUI界面，求解EPS緩沖作用下單自由度緩沖性能和二自由度EPS緩沖性能。關(guān)鍵詞：聚氨酯泡沫；本構(gòu)模型；動(dòng)載荷；應(yīng)變率1．引言