【正文】 2 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(guó) Solidworks公司于 1995年 11月研制開(kāi)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(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。在瓦楞紙板的生產(chǎn)設(shè)計(jì)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。雖然瓦楞紙板的結(jié)構(gòu)看起來(lái)比較簡(jiǎn)單，但是具體形式卻很多，尤其以五層瓦楞紙板或多于五層的瓦楞紙板為最。對(duì)于層數(shù)，只是根據(jù)紙張或芯層的數(shù)量來(lái)確定，是一種很簡(jiǎn)單的分類(lèi)方法。在充分掌握了有限元軟件的分析計(jì)算過(guò)程基礎(chǔ)上，結(jié)合瓦楞紙板的實(shí)際情況，建立了各種不同 結(jié)構(gòu) 的瓦楞紙板模型， 其結(jié)構(gòu)的不同主要是開(kāi)槽結(jié)構(gòu)的不同。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(lái)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。而且， ANSYS還具有產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)、估計(jì)分析等附加功能。 經(jīng)過(guò)半個(gè)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(wèn)題的模擬仿真方法，解決了大量 的工程實(shí)際問(wèn)題，為工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步起到了巨大的推動(dòng)作用。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)。這樣一來(lái)，一個(gè)問(wèn)題的有限 元分析中，未知場(chǎng)函數(shù)或及其導(dǎo)數(shù)在各個(gè)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(gè)連續(xù)的無(wú)限自由度問(wèn)題變成離散的有限自由度問(wèn)題。有限單元法作為數(shù)值分析方法的另一個(gè)重要特點(diǎn)是利用在每一個(gè)單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)來(lái)分片地表示全求解域上待求的未知場(chǎng)函數(shù)。同時(shí)單元也 不能 分割 太小，否則 會(huì)導(dǎo)致計(jì)算量過(guò) 大。必須依據(jù)結(jié)構(gòu) 的實(shí)際情況，決定單元的類(lèi)型、數(shù)目、形狀、大小以及排列方式。 有限元法是 一種離散化的數(shù)值方法。 把 某 物理結(jié)構(gòu)分割成不同 大小、不同類(lèi)型的區(qū)域，這些區(qū)域稱(chēng)為單元。 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(gè)、且按一定方式相互聯(lián)結(jié)在一起的單元的組合體。 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(xiāo)售包裝。 經(jīng)過(guò)上世紀(jì)前后七、八年的發(fā)展，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)瓦楞紙箱生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)的新時(shí)期。上世紀(jì) 70一 80年代，是我國(guó)瓦楞紙箱的單機(jī)生產(chǎn)時(shí)期 。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)瓦楞紙箱業(yè)迅速發(fā)展。到第二次世界大戰(zhàn)時(shí)，瓦楞紙箱已代替木箱運(yùn)輸包裝，占到80%，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。對(duì)于瓦楞紙板的研究， 1871年美國(guó)人 AlbertJ0nes發(fā)明單面瓦楞紙板，用于包裝玻璃罩和類(lèi)似的易碎物品，獲得美國(guó)第一個(gè)專(zhuān)利權(quán) 。在上瓦楞輥壓力作用下被壓制成楞形，然后與涂膠輥 11接觸，在楞頂處被涂上粘合劑，再經(jīng)下瓦楞輥旁邊的月牙形導(dǎo)紙板 18引導(dǎo)成武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 楞形的紙幅，使之貼附在下 瓦楞輥的齒上，而后在壓力輥 8的作用下，與面紙裱合，制成單面瓦楞紙板 [20]。開(kāi)啟旋塞時(shí)，帶有水霧的蒸汽便噴向紙幅，使原紙水分滿(mǎn)足工藝需要。瓦楞原紙?jiān)趬豪阒埃仍陬A(yù)熱缸 16及潤(rùn)濕器 12上進(jìn)行水分調(diào)節(jié)和熨平。面紙?jiān)谶M(jìn)行粘合前要經(jīng)預(yù)熱，使其表面受熱 而有利于粘合。同樣的瓦楞紙板名稱(chēng)可能不止一個(gè)，如圖 11中顯示的是三層瓦楞紙板和五層瓦楞紙板，它們也分別稱(chēng)為單瓦楞紙板和雙瓦楞紙板。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 。 所得結(jié)果對(duì)于 我們?cè)趯?duì)我們?cè)O(shè)計(jì)產(chǎn)品的包轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)時(shí)更好保護(hù)產(chǎn)品發(fā)揮瓦楞紙板在結(jié)構(gòu)上的優(yōu)越性 具有重要的指導(dǎo)意義 。通過(guò)對(duì)這幾個(gè)方面分析出來(lái)的結(jié)果的比較，研究和討論得出他們結(jié)構(gòu)的改變對(duì)瓦楞紙板緩沖性能會(huì)有怎樣的影響。 4 利用有限 元軟件對(duì)瓦楞紙板結(jié)構(gòu)的緩沖性能的分析和研究的結(jié)果 ,在此基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)結(jié)果的分析 ,研究和比較達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。 2 利用 solidworks 軟件瓦楞紙板的就夠進(jìn)行建模 , 在建模時(shí)是把三層瓦楞紙板作為一個(gè)整體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模的。 A 型楞的特點(diǎn)是單位長(zhǎng)度內(nèi)的瓦楞數(shù)量少，而瓦楞最高。 4. 通過(guò)對(duì)以上結(jié)果的分析比較和研究對(duì)瓦楞紙板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 基本內(nèi)容如下 : , 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 2. 對(duì)選定的瓦楞紙板對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模 ,建模包括對(duì)零件的建模和裝配后的瓦楞紙板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。 綜上所述，瓦楞紙板有著大量的研究工作，同其他國(guó)家相比我國(guó)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(lái)說(shuō)卻不是強(qiáng)國(guó)，美國(guó)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(guó)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)。 Gilehrist 等基于幾何非線(xiàn)性和材料非線(xiàn)性，采用三維殼單元建模，對(duì)瓦楞紙板的彎曲、后屈曲、壓潰等力學(xué)特性進(jìn)行了有限元分析和試 驗(yàn)驗(yàn)證 [17]。 國(guó)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]。耿敏、熊宏智等試驗(yàn)分析了由瓦楞紙板、蜂窩紙板組成的復(fù)合板的剛度，由夾層板理論推導(dǎo)出剛度計(jì)算公式 [1112]。高德等應(yīng)用ABAQuS 有限元分析軟件，對(duì) AB 型瓦楞紙板的靜態(tài)壓縮性能、緩沖性能進(jìn)行了非線(xiàn)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(xiàn)，為瓦楞紙板力學(xué)性能的研究提供了一種新方法 [89]。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。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(xiàn)性粘彈塑性模型及其參數(shù) [34]。 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)瓦楞紙板作了很多研究工作，應(yīng)祖光等將分層分析法用于瓦楞紙板的抗壓穩(wěn)定性分析，得到提高其抗壓能力的一些措施 。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。瓦楞紙板以其環(huán)保的特性將會(huì)在應(yīng)用上更為廣泛，而瓦楞紙箱也將從運(yùn)輸包裝進(jìn)一步走向銷(xiāo)售包裝。 近年來(lái)，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。 1995 年，中國(guó)瓦楞紙板年產(chǎn)量?jī)H為 74 億平方米， 20xx 年中國(guó)瓦楞紙板產(chǎn)量超過(guò) 130 億平方米， 20xx年增達(dá) 141 億平方米， 20xx 年達(dá) 151 億平方米，已經(jīng)超過(guò)日本而成為繼美國(guó)之后的世界第 2 大瓦楞紙板生產(chǎn)國(guó)。上世紀(jì) 70～ 80 年代，是我國(guó)瓦楞紙箱的單機(jī)生產(chǎn)時(shí)期；90 年代初期到中期的瓦楞單面機(jī)生產(chǎn)時(shí)期，已經(jīng)成為歷史。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)瓦楞紙箱業(yè)迅速發(fā)展。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。對(duì)于瓦楞紙板的研究， 1871 年美國(guó)人 Albert Jones 發(fā)明單面瓦楞紙板，用于包裝玻璃燈罩和類(lèi)似的易碎物品，獲得美國(guó)第一個(gè)專(zhuān)利權(quán)； 19 世紀(jì)末，美國(guó)開(kāi)始研究用瓦楞紙板制作包裝運(yùn)輸箱日本于 1920 年發(fā)明雙瓦楞紙板。 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。對(duì)于 開(kāi)槽 方向改變后對(duì)緩沖性能 的影響得出的結(jié)論是開(kāi)槽 方向垂直楞型的方向要好于和瓦楞紙板的楞型方向相同的結(jié)構(gòu)。 通過(guò)對(duì)這幾個(gè)方面分析出來(lái)的結(jié)果的比較，研究和討論得出他們結(jié)構(gòu)的改變對(duì)瓦楞紙板緩沖性能會(huì)有怎樣的影響。 所得結(jié)果對(duì)于 我們?cè)趯?duì)我們?cè)O(shè)計(jì)產(chǎn)品 的包轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)時(shí)更好保護(hù)產(chǎn)品發(fā)揮瓦楞紙板在結(jié)構(gòu)上的優(yōu)越性 具有重要的指導(dǎo)意義 。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(duì)瓦楞紙板緩沖性能的影響。目前對(duì)瓦楞紙板性能的研究，國(guó)內(nèi)外取得了很大的進(jìn)展，并且不斷的發(fā)展。武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1 瓦楞紙的有限元分析 目錄 摘要 2 Abstract 3 5 課題研究的背景及意義 5 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 5 研究基本內(nèi)容和技術(shù)方案 6 研究的目的和意義 7 2 分析方案的選擇及流程概述 8 瓦楞紙板概述 8 分析方 法的選擇及概述 10 3 瓦楞紙板模型的建立 11 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(jì)分析過(guò)程及流程 13 ANSYS 軟件的介紹 13 模型在 ANSYS 中的分析過(guò)程和流程概述 14 具體的分析過(guò)程結(jié)果分析討論 14 開(kāi)槽長(zhǎng)度和寬度為 30x3 的分析步驟和流程 14 開(kāi)槽結(jié)構(gòu)為 30x5 的分析結(jié)果 24 開(kāi)槽結(jié)構(gòu)為 35x3 的分析結(jié)果圖 28 開(kāi)槽方向改變后的模型分析。 33 開(kāi)槽位置的變化對(duì)瓦楞紙板緩沖性能的影響 38 44 研究總結(jié) 44 研究展望 45 參考文獻(xiàn) 46 致謝 48 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 摘要 瓦楞紙板襯墊是一種逐步代替泡沫襯墊的環(huán)保型緩沖包裝材料結(jié)構(gòu) ,符合現(xiàn)代物流與運(yùn)輸包裝工業(yè)的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì) 。對(duì)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(guó)內(nèi)外的研究了解到，對(duì)瓦楞紙板緩沖性能的研究，其方法大都是通過(guò)進(jìn)行大量的試驗(yàn) ， 對(duì)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(duì)模型參數(shù)進(jìn)行識(shí)別 ，