【正文】 、可再生、具有良好的緩沖性能等優(yōu)點(diǎn)，在包裝中得到廣泛應(yīng)用。目前對瓦楞紙板性能的研究，國內(nèi)外取得了很大的進(jìn)展，并且不斷的發(fā)展。改革開放以來，我國瓦楞紙箱業(yè)迅速發(fā)展。郭彥峰等試驗(yàn)分析了 3 種高強(qiáng)度瓦楞紙板的耐破度、戳穿強(qiáng)度、平壓強(qiáng)度、邊壓強(qiáng)度等強(qiáng)度特性。 A 型楞的特點(diǎn)是單位長度內(nèi)的瓦楞數(shù)量少，而瓦楞最高。瓦楞原紙?jiān)趬豪阒?，先在預(yù)熱缸 16及潤濕器 12上進(jìn)行水分調(diào)節(jié)和熨平。 隨著環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展理念的滲入，瓦楞紙板以其環(huán)保的特性將會(huì)在應(yīng)用上武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 更為廣泛，而瓦楞紙箱也將從運(yùn)輸包裝而進(jìn)一步走向銷售包裝。顯然隨著單元數(shù)目的增加，也即單元尺寸的縮小，或者隨著單元自由度的增加及插值函數(shù)精度的提高，解的近似程度將不斷改進(jìn)。具武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 體示意圖如圖 32 圖 32 單瓦楞紙板結(jié)構(gòu)示意圖 模型的建立 solidworks軟件的介紹 Solidworks是一套基于 windows的 CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系統(tǒng) ,是由美國 Solidworks公司于 1995年 11月研制開發(fā)的三維 CAD產(chǎn)品 , Solidworks以其優(yōu)異的性能，易用性和創(chuàng)新性，極大的提高了機(jī)械設(shè)計(jì)工程師的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，目前已成為主流 3D CAD軟件市場的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)， ANSYS 提供了廣泛的模型生成功能，使用戶可快捷地建立實(shí)際工程系統(tǒng)的有限元模型。 由前面的敘述知道本文研究的模型是在 SolidWorks中創(chuàng)建的， 創(chuàng)建之 后 再 導(dǎo)入 ANSYS 中。 b. 定義材料特性 ANSYS 分析中所有材料必須定義材料屬性，如本文 結(jié)構(gòu)分析需要定義材料的彈性模量、泊松比。 ANSYS 程序的自由網(wǎng)格劃分功能是十分強(qiáng)大的，這種網(wǎng)格劃分方法沒有單元形狀的限制，網(wǎng)格也不遵循任何的模式，因此適合于對形狀復(fù)雜的面和體網(wǎng)格劃分，這就避免了用戶對模型各個(gè)部分分別劃分網(wǎng)格后進(jìn)行組裝時(shí)各部分網(wǎng)格不匹配的麻煩。 而我在劃分的過程中是對體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，具體操作步驟如下： 執(zhí)行命令 mian menumeshingsize centrsmanusizegloabsize 在出現(xiàn)得對話框中在單元長度欄中輸入 。最后選擇了瓦楞紙板結(jié)構(gòu)受載前后的結(jié)構(gòu)變形效果圖。比較它們在Y 方向的 DMX 值我們可以看到開槽長度小的為 ，開槽長度大的為。 比較兩結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力場圖可以知道其最大的應(yīng)力值都是 480Mpa,但是西從等效應(yīng)力場圖中可以看出 他們的整體上的受力情況不一樣 ,前面章節(jié)中的受力情況不如此節(jié)中的手里狀況好 , 而這也正是開槽方向改變后其緩沖性能好的原因 , 這也可以從上面的受載前后的結(jié)構(gòu)變化圖中看出。 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(huì)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(shí)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(huì)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)。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。 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(shí) ,它具有下列的優(yōu)缺點(diǎn) : 優(yōu)點(diǎn) : a 在簡化分析中不會(huì)產(chǎn)生問題 , 因?yàn)榭梢詫⑤d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?jiǎng)h除先前的載荷并在新網(wǎng)格上重新施加載 荷 。自由網(wǎng)格對于單元形狀無限制，并且沒有特定的準(zhǔn)則。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(jià)的。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(gè)方面：材料屬性、單元類型、實(shí)常數(shù)。 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。 ANSYS 靈活、開放的解決方案為概念設(shè)計(jì)到最終測試的設(shè)計(jì)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(jì)的各個(gè)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(jì)流程的優(yōu)化，從而大幅度縮短研發(fā)時(shí)間，降低研發(fā)費(fèi)用，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。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(gè)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。 有限元法是 一種離散化的數(shù)值方法。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(gè)專利權(quán) 。通過對這幾個(gè)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(huì)有怎樣的影響。 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]。 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。 通過對這幾個(gè)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(huì)有怎樣的影響。 論文 介紹了國內(nèi)外研究瓦楞紙板的現(xiàn)狀以及研究的方法 ,闡述 了瓦楞紙板的一些基本知識(shí)和性質(zhì)，本文 主要研究了 瓦楞紙板結(jié)構(gòu)在 開槽的寬度、長度、方向、位置以及開槽的數(shù)量幾個(gè)方面的改變對其緩沖性能的影響。與蓬勃發(fā)展的瓦楞紙板工業(yè)相比，包裝的科研與學(xué)術(shù)領(lǐng)域也積極開展了對瓦楞紙板的生產(chǎn)工藝、結(jié)構(gòu)、性能等問題的研究。 周媛等試驗(yàn)研究了 5層瓦楞紙板強(qiáng)度與原紙強(qiáng)度的關(guān)系，利用 SAS 軟件計(jì)算分析了雙瓦楞紙板的邊壓強(qiáng)度、耐破度的回歸方程，為瓦楞紙板強(qiáng)度的預(yù)測和紙板的配合方案提供了計(jì)算依據(jù) [13]。 研究的目的和意義 論文 介紹了國內(nèi)外研究瓦楞紙板的現(xiàn)狀以及研究的方法，闡訴了瓦楞紙板的一些基本知識(shí)和性質(zhì)，本文 主要研究了 瓦楞紙板結(jié)構(gòu)在 開槽的寬度、長度、方向、位置以及開槽的數(shù)量幾個(gè)方面的改變對其緩沖性能的影響。 圖 22單 瓦楞紙板生產(chǎn)流程示意圖 由于瓦楞紙板是無污染、可再生的，而且包裝時(shí)具有緩沖性能，也可以承受一定的壓力，因此在包裝中得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)不同分析學(xué)科，推導(dǎo) 出每一個(gè)單元的作用力方程，組 成整個(gè) 結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)方程，最后 對 該系統(tǒng)方程求解 ，這一方法 就是有限元法。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 3 瓦楞紙板 模型的建立 有限元分析的最終目的是還原一個(gè)實(shí)際工程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)行為特征，也就是說，分析必須是針對一個(gè)物理原型的、準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。該公司成立于 1970 年，總部位于美國賓西法尼亞州的匹茲堡。 ANSYS程序提供的分析類型為：靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）分析、瞬態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波分析、譜分析、撓度和子結(jié)構(gòu) [2]。 具體的分析過程結(jié)果分析討論 30x3 的分析步驟和流程 1 定義工作文 件名 將文件名定義為 Graduation design 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 15 將工作標(biāo)題改為 An analysis of corrugated cardboard 2 定義單元類型與材料屬性 在劃分網(wǎng)格之前需要定義單元屬性。 ANSYS 提供兩種圖像接口： 第一種是 通過標(biāo)準(zhǔn) IEGS 文件導(dǎo)入。 在對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分之前，甚至在建立模型之前，對于確定采用自由網(wǎng)格還是映射網(wǎng)格進(jìn)行分析更 為合適是十分重要的。 b :在簡化分析中實(shí)體模型不很方便 .其中 ,載荷施加于主由度 (用戶只能在節(jié)點(diǎn)而不能在關(guān)鍵點(diǎn)定義主由度 ). c :施加關(guān)鍵點(diǎn)約束很棘手 ,尤其是當(dāng)約束擴(kuò)展選項(xiàng)被使用時(shí)。對與開槽寬度小的瓦楞紙板結(jié)構(gòu)來說， 其最大的位移變化值是 ,從他們的合位移等值線圖的俯視圖可以看出 寬度大的結(jié)構(gòu)其兩變的開槽地方中間的芯紙出現(xiàn)了壓潰的現(xiàn)象 ,而開槽寬度小的是右邊開槽位置的中間芯紙出現(xiàn)了壓潰的現(xiàn)象 .中間開槽的位置其沒有出現(xiàn)太明顯的變化 ,更明顯的是 整 體上 開槽寬度大的相對于開槽寬度小的起中間芯紙的位移變化情況要明顯壞與開槽寬度小的瓦楞紙板 。 通過上面的比較，討論和分析我們可以得出的一個(gè)結(jié)論是開槽長度的變化對瓦楞紙板的緩沖 性能是有一定得影向的，影響的方向是開槽長度越大其緩沖性能越差。 綜上所述，我們可以得出這樣的結(jié)論，開槽方向的改變對瓦楞紙板結(jié)構(gòu)的緩沖性能有很大的影響， 總的來說當(dāng)瓦楞紙板受的載荷的方向是 本文中所訴的方向時(shí)，開槽方向的與楞型相同時(shí)的緩沖性能不如開槽方向與瓦楞紙板的楞型垂直時(shí)的緩沖性能好。雖然他們的最大 DMX 值不同，比較的結(jié)果是開槽長度大的結(jié)構(gòu)其在各個(gè)方向發(fā)生的最大位移變化值較大，但是有一個(gè)情況是開槽長度大的結(jié)構(gòu)其發(fā)生的平均位移變化值要 小于開槽長度小的結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)槲覀儚乃麄兊暮衔灰频戎稻€圖中看到 開槽長度大的結(jié)構(gòu)其紅色危險(xiǎn)區(qū)域要小于開槽長度小的 結(jié)構(gòu)。查看這些圖的具體操作步驟如下： (1) menugeneral postproc plot results contout plot nodal solu 命令。 執(zhí)行命令 main menu preprocessormeshing mesh volumesfree 在彈出 的對話框中選擇要?jiǎng)澐值哪Ｐ? , 劃分出的有限元網(wǎng)格圖如圖 43 所示 : 圖 43 有限元模型劃分網(wǎng)格后的三維效果圖 5 施加載荷 施加載荷有兩種方法一種是將載荷 施加 到實(shí)體模型上 (關(guān)鍵點(diǎn) ,線或者面 ),另一種方法是將載荷施加到有限元模型上 (節(jié)點(diǎn)和單元上 ).由于求解期望所有的載荷應(yīng)該依據(jù)有限元模型 ,因此無論怎樣制定載荷 ,在開始求解時(shí) ,軟件都自動(dòng)會(huì)將這些載荷轉(zhuǎn)換到 節(jié)點(diǎn)和單元上 . 但是這兩種施加載荷的方法有各自得優(yōu)缺點(diǎn) ,具體如下 : (1)施加到實(shí)體模型上時(shí) ,它具有下列的優(yōu)缺點(diǎn) : 優(yōu)點(diǎn) : a :實(shí)體模型載荷獨(dú)立于有限元網(wǎng)格 .即 :用戶可以改變單元網(wǎng)格而不影 響 施加的載荷 .這將允許我們在分析的時(shí)候更改網(wǎng)格并進(jìn)行網(wǎng)格敏感性的研究而不必每武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 次重 新施加載荷。對面進(jìn)行網(wǎng)格劃分，自由網(wǎng)格可以只由四面形單元組成，或 者只由三角形單元組成，或者兩者混合。 彈性模量即 在彈性范圍內(nèi)大多數(shù)材料服從虎克定律，即變形與受力成正比。 求解部分 中對載荷的施加也 是 重要的部分 。 2 求解模塊 在前處理階段 完成建模后，用戶在求解階段通過求解器獲得分析結(jié)果。它功能強(qiáng)大 ,使用方便 ,是應(yīng)用范圍十分廣泛的中 端 CAD產(chǎn)品。如果單元是滿足收斂要求的，近似解最后將收斂于精確解。微型瓦楞和重型瓦楞以及一些新興的以瓦楞為基礎(chǔ)的緩沖材料是瓦楞紙板工業(yè)發(fā)展的趨勢，進(jìn)而帶來的瓦楞紙板等緩沖材料力學(xué)特性問題的研究將會(huì)更加深入和產(chǎn)業(yè)化，相信在計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展下，這些問題在不 久的將來會(huì)有新的突破。潤濕器上裝有若干個(gè)旋塞。使用 A 型楞制成的瓦楞 紙箱 ,適合包裝較輕的物品，有較大的緩沖力。劉嘩等研究分析了3B、 x 一 PLY 舊 )型三層瓦楞紙板的強(qiáng)度特性、靜態(tài)平壓應(yīng)力應(yīng)變曲 線規(guī) 律，按線性、正弦、正切曲線分段建立了非線性數(shù)學(xué)模型及其參數(shù) [67]。珠江三角洲、長江三角洲及沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，已經(jīng)擁有瓦楞生產(chǎn)線 20xx 多條，市場上瓦楞紙板，幾乎全部由生產(chǎn)線提供。對瓦楞紙板緩沖性能的研究尤其成為研究的重點(diǎn) ， 總結(jié)國內(nèi)外的研究了解到，對瓦楞紙板緩沖性能的研究，其方法大都是通過進(jìn)行大量的試驗(yàn) ， 對得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 ， 找出瓦楞紙板具有的基本特征 ， 利用數(shù)值分析 的方法建立數(shù)學(xué)模型 ， 再使用優(yōu)化方法對模型參數(shù)進(jìn)行識(shí)別 ，這種方法既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力還浪費(fèi)資源 ， 且整個(gè)過程極為復(fù)雜 ， 容易出錯(cuò) 。 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(jì)的效果。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。 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(gè)紙箱的 60%以上，三層的瓦楞紙板僅占 20%多一點(diǎn)。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 。改革開放以來，我國瓦楞紙箱業(yè)迅速發(fā)展。同時(shí)單元也 不能 分割 太小，否則 會(huì)導(dǎo)致計(jì)算量過 大。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。 對應(yīng)分析過程的前處理、求解及后處理 3 個(gè)階段， ANSYS 由如下 3 個(gè)模塊組成。對于某個(gè)分