【正文】 楞紙板楞型是A型楞。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。3本文中的用到的有限元分析軟件是ANSYS ,將建模后的瓦楞紙板結(jié)構(gòu)導(dǎo)入ANSYS有限元分析軟件中,在ANSYS軟件中改變影響瓦楞紙板結(jié)構(gòu)尺寸的參數(shù),通過ANSYS軟件的分析和運算可以得出反映瓦楞紙板的緩沖性能好壞的數(shù)值。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)量幾個方面的改變對其緩沖性能的影響。本文借助有限元分析軟件對瓦楞紙板進行緩沖性能的分析，而此瓦楞紙板是一個帶有開槽結(jié)構(gòu)的A型三層瓦楞紙板，主要是對瓦楞紙板的結(jié)構(gòu)在受靜載荷情況下對其緩沖性能的分析，通過改變瓦楞紙板的結(jié)構(gòu)而得到不同的分析結(jié)果，對比研究這些分析結(jié)果從而得到一個在緩沖性能上最優(yōu)的結(jié)構(gòu)，進而達到優(yōu)化設(shè)計的目的。2 分析方案的選擇及流程概述瓦楞紙(楞紙)是瓦楞芯(原)紙經(jīng)過起楞加工后形成有規(guī)律且永久性波紋的紙。圖21瓦楞紙板瓦楞紙板分類的方式很多，主要有瓦楞紙板的層數(shù)、瓦楞的楞型及齒形，如表11所示。表21瓦楞紙板的分類生產(chǎn)瓦楞紙板的設(shè)備包括單面瓦楞紙機、雙面瓦楞紙機及五層瓦楞紙機，其中最基本的設(shè)備是單面瓦楞紙機，用于單面瓦楞紙板(由一層面之貼合在瓦楞芯紙上面構(gòu)成的兩層紙板)的生產(chǎn)，其生產(chǎn)流程如圖 12所示?？烧{(diào)位置的壓紙輥2可使紙幅緊緊包圍著預(yù)熱缸3o面紙經(jīng)過導(dǎo)紙輥5及彈簧導(dǎo)紙輥6，繞過預(yù)熱輥7，進入光滑的壓力8與成楞的芯紙裱合。潤濕器上裝有若干個旋塞。原紙然后進入有一定溫度(一般不低于160℃)的上、下瓦楞輪10和9之間。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。19世紀末，美國開始研究用瓦楞紙板制包裝運輸箱，日本于1920年發(fā)明雙瓦楞紙板。我國瓦楞紙箱業(yè)起步較晚，1954年才開始推廣使用瓦楞紙箱，技術(shù)起點也低。珠江三角洲、長江三角洲及沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，瓦楞生產(chǎn)線己經(jīng)擁有2000多條，市場上瓦楞紙板，幾乎全部由生產(chǎn)線提供。90年代初期到中期的瓦楞單面機生產(chǎn)時期，已經(jīng)成為歷史。1995年，中國瓦楞紙板年產(chǎn)量僅為74億平方米，2001年中國瓦楞紙板產(chǎn)量超過130億平方米，2002年增達141億平方米，2003年達151億平方米，己經(jīng)超過日本而成為繼美國之后的世界第2大瓦楞紙板生產(chǎn)國[21]。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更加深入和產(chǎn)業(yè)化，相信在計算機技術(shù)的高速發(fā)展下，這些問題在不久的將來會有新的突破。它是隨著電子計算機技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代計算方法。根據(jù)不同分析學(xué)科，推導(dǎo)出每一個單元的作用力方程，組成整個結(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。離散化是有限元方法的基礎(chǔ)。這樣做的目的是：將結(jié)構(gòu)分割成足夠小的單元，使得簡單位移模型能足夠近似地表示精確解。由于單元能按不同的聯(lián)結(jié)方式進行組合，且單元本身又可以有不同形狀，因此可以模型化幾何形狀復(fù)雜的求解域。單元內(nèi)的近似函數(shù)通常由未知場函數(shù)或及其導(dǎo)數(shù)在單元的各個結(jié)點的數(shù)值和其插值函數(shù)來表達。一經(jīng)求解出這些未知量，就可以通過插值函數(shù)計算出各個單元內(nèi)場函數(shù)的近似值，從而得到整個求解域上的近似解。如果單元是滿足收斂要求的，近似解最后將收斂于精確解。目前有限元軟件的種類很多，本文應(yīng)用的是ANSYS，它的通用性較強，具有多種多樣的分析能力，從簡單的線性靜態(tài)分析到復(fù)雜的非線性動態(tài)分析。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實際工程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)行為特征，也就是說，分析必須是針對一個物理原型的、準確的數(shù)學(xué)模型。本章的主要工作是瓦楞紙板的有限元建模，屬于分析的前處理部分，決定計算時間及結(jié)果的準確性。 瓦楞紙板的結(jié)構(gòu)圖31瓦楞紙板的結(jié)構(gòu)圖根據(jù)前面闡述的瓦楞紙板的概況，瓦楞紙板的結(jié)構(gòu)主要由層數(shù)和芯層決定。對于芯層，它需要從兩個方面來描述，一方面是瓦楞紙板的高度和單位長度的瓦楞數(shù)量，另一方面是單個瓦楞的具體形狀。圖31中列出了各種不同形式的五層瓦楞紙板，(a)中兩個相同瓦楞的規(guī)則排列，圖31(b)中兩個相同瓦楞的不規(guī)則排列，圖3，1(c)中兩個不同瓦楞的規(guī)則排列，圖31(d)中兩個不同瓦楞的不規(guī)則排列。本章所研究的內(nèi)容主要是以單瓦楞紙板（三層）為例，建立有限元模型。它功能強大,使用方便,是應(yīng)用范圍十分廣泛的中端CAD產(chǎn)品。裝配后的裝配體是要研究的對象。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（Analysis System ）是一種融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁和聲學(xué)于一體的大型CAE通用有限元分析軟件，可廣泛用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機械制造、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利，以及日用家電等一般工業(yè)及科學(xué)研究。從PC到工作站，直至巨型計算機，ANSYS文件在其所有的產(chǎn)品系列與工作平臺上均兼容。1前處理模塊ANSYS的前處理模塊主要包括參數(shù)定義和建立有限元模型。通過運行一個統(tǒng)計模塊，用戶還可以預(yù)測求解過程所需要的文件大小及內(nèi)存。當(dāng)然，有的把建模直接分為兩種情況的，即直接建模和在CAD軟件中建模。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。在求解階段用戶可以定義分析類型、分析選項、載荷數(shù)據(jù)和載荷步等選項，然后開始有限元求解。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]。3后處理模塊該模塊可以通過友好的用戶界面獲得求解過程的計算結(jié)果并對這些結(jié)果進行運算，這些結(jié)果可能包括位移、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、速度及熱流等，輸出形式有圖形顯示和數(shù)據(jù)列表兩種。單個子步的結(jié)果作為數(shù)據(jù)集保存，每個數(shù)據(jù)集可用的數(shù)據(jù)量和類型由所完成的分析類型及求解階段設(shè)置的選項來控制。 模型在ANSYS中的分析過程和流程概述采用ANSYS對結(jié)構(gòu)模型進行分析的過程分為前處理、求解和后處理分析三個步驟。參數(shù)定義就是對所要建的模型材料進行定義。對所分析產(chǎn)品進行造型，可以在ANSYS中建，但比較復(fù)雜的模型在SolidWorks、UG等軟件中建。求解部分中對載荷的施加也是重要的部分。對模型施加一個方向向下的均勻的面載荷，大小為2000Mpa,分析過程是按照線性分析的，同時為了簡化分析過程，我把整個瓦楞紙板的材料設(shè)成是同樣的。 具體的分析過程結(jié)果分析討論1定義工作文件名將文件名定義為Graduation design 將工作標題改為An analysis of corrugated cardboard2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。a. 定義單元類型ANSYS單元庫中有190多種單元，其數(shù)目隨著計算機技術(shù)和材料的發(fā)展不斷地增大。在結(jié)構(gòu)分析中，結(jié)構(gòu)及分析狀態(tài)決定單元類型的選擇。對于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)分析，應(yīng)當(dāng)考慮建立兩個甚至更多不同復(fù)雜程度的模型作對比分析，盡量獲取最佳分析效果。選擇殼單元的基本原則是板的邊長不小于其厚度的10倍，而且比值越大越精確。本文在研究分析的模型中選取最為常用的SOLID45單元類型,具體的操作步驟如下:在ansys中執(zhí)行下面的命令main menupreprocessorelement typeadd/edit/delet 分析結(jié)構(gòu)類型選擇stuctural solid單元類型選擇brick 8 node 45。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。通常的修復(fù)包括是否忽略細小的幾何特征，消除模型的不連續(xù)特征，如微小間隙、重疊以及穿透等，自動進行圖元合并和創(chuàng)建幾何體。ANSYS提供兩種圖像接口：第一種是通過標準IEGS文件導(dǎo)入。ANSYS輸入SolidWorks標準數(shù)據(jù)庫格式ANSYSCAD輸出圖41 ANSYS與SolidWorks的數(shù)據(jù)交換流程第二種是通過PARA，它提供了一個可供相互操作的數(shù)據(jù)管道，使用已經(jīng)成為標準的XT文件格式，允許基于PARA的系統(tǒng)共享和幾何數(shù)據(jù)庫交換，而不需要進行任何的數(shù)據(jù)交換。具體的導(dǎo)入步驟如下，另存為 *.x_t格式，即保存類型選擇Parasolid(*.x_t)，文件名必須是英文或數(shù)字。*.x_t文件的文件夾。 ，F(xiàn)ile→Import→PARA...→左側(cè)框中就會看到剛才生成的*.x_t文件,選中OK,導(dǎo)入完成。導(dǎo)入ANSYS中的三維效果圖如下圖42所示:圖42導(dǎo)入ANSYS后的模型三維效果圖4 對模型進行網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分可以分為自由網(wǎng)格劃分、映射網(wǎng)格劃分。對面進行網(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。映射網(wǎng)格劃分允許用戶將幾何模型分解成簡單的幾部分，然后選擇合適的單元屬性和網(wǎng)格控制生成映射網(wǎng)格，映射網(wǎng)格主要適合于規(guī)則的面和體，單元成行并具有明顯的規(guī)則形狀，僅適用于四邊形單元和六面體。在對模型進行網(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)格進行分析更為合適是十分重要的。與自由網(wǎng)格相比，映射網(wǎng)格對包含的單元形狀有限制，而且必須滿足特定的規(guī)則。而且，映射網(wǎng)格典型具有規(guī)則形狀，明顯成排的單元。綜上所述我在網(wǎng)格劃分的時候采用的是自由網(wǎng)格的方法, 因為自由網(wǎng)格分操作，對實體模型無特殊要求。所用單元形狀依賴于是對面還是對體進行網(wǎng)格劃分。對體進行網(wǎng)格劃分，自由網(wǎng)格一般限定為四面體單元。執(zhí)行命令main menu preprocessormeshing mesh volumesfree 在彈出 的對話框中選擇要劃分的模型 , 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體模型上(關(guān)鍵點,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,軟件都自動會將這些載荷轉(zhuǎn)換到節(jié)點和單元上.但是這兩種施加載荷的方法有各自得優(yōu)缺點,具體如下:(1)施加到實體模型上時,它具有下列的優(yōu)缺點:優(yōu)點:a ::。因此選擇實體模型的實體，并在這些模型上施加載荷要容易的多，特別是通過圖形拾取。b :,載荷施加于主由度(用戶只能在節(jié)點而不能在關(guān)鍵點定義主由度).c :施加關(guān)鍵點約束很棘手,尤其是當(dāng)約束擴展選項被使用時。b .綜上所述,并結(jié)合我自己研究的內(nèi)容,方法和自己所建模型的特點,我在對載荷施加的時候選擇的是第二種方法,具體的操作步驟如下:a. 執(zhí)行命令mian menu solutionanalysis tyep new analysis 在彈出的對話框中選擇static .b. 執(zhí)行命令utility menu selectentities 出現(xiàn)一個對話框. 在第一個下拉菜單中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,選擇要施加約束的體。d. 執(zhí)行令mainmenusolutiondefine loadapplystructuraldisplacement On nodes,出現(xiàn)一個選擇菜單單擊pick all,出現(xiàn)一個對話框在列表欄中選擇UY下一欄中輸入0單擊ok按鈕。g. 執(zhí)行命令utility menu selectentities 出現(xiàn)一個對話框. 在第一個下拉菜單中nodes , 在第二個下拉菜單中選擇attached to,在第三欄中選擇volumes all ,單擊ok按鈕。在此要對瓦楞紙板的底面施加一個Z方向的約束. 執(zhí)行命令 main menu solution define loads apply stucturepressure On nodes,出現(xiàn)一個選擇菜單單擊 pick all,出現(xiàn)一個對話框在輸入欄中輸入要施加的載荷2E3(即2000MPa),單擊ok按鈕關(guān)閉對話框。7 查看分析結(jié)果查看求解分析結(jié)果屬于ANSYS分析中的后處理模塊,進入ANSYS通用后處理器的GUI操作步驟是:MenuGeneral postproc本文分析的內(nèi)容主要是結(jié)構(gòu)不同對瓦楞紙板緩沖性能的影響,因此在對結(jié)果顯示這一部分我主要是從通用后處理器中選擇能夠反映瓦楞紙板的緩沖性能的結(jié)構(gòu)顯示圖,如位移變化圖,包括合位移等值線圖和不同方向的位移等值線圖,以及反映瓦楞紙板受力情況好壞的等效應(yīng)力場圖和應(yīng)力集中圖。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。圖48 開槽結(jié)構(gòu)為30x3的等效應(yīng)力場圖圖49 等效應(yīng)力場圖從圖49中可以看出:a :應(yīng)力集中出現(xiàn)在瓦楞紙板周邊為封閉的區(qū)域,