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貨柜充氣袋中心 /Product Center

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緩沖包裝的可靠性研究

發布日期:2012-02-20 10:18:25

目前,我國的包裝工業已形成一個以包裝材料和機械為主要構成,充氣袋擁有現代化技術和裝備,門類較齊全的現代工業體系。我國的包裝工業總年產值已達3000多億元,在我國40多個行業的排名中已從最后一位升至第12位¨J。據統計,2004年我國包裝工業創造了可喜的成績,總產值達3283億元口J,同比增長14%左右。但同時,其中由于包裝不善等原因造成商品經濟損失的價值每年仍有140億元之巨。其中因運輸包裝不當發生在運輸過程的損失占80%左右¨j。這些產品涉及蔬菜、機電產品、玻陶制品等,給用戶及廠家都造成了嚴重的經濟損失。

傳統的緩沖包裝設計中存在的問題做為包裝工程學科的一個主要分支,緩沖包裝動力學的研究范疇就是分析商品及其包裝在流通過程中受到的破損程度,找出破損的原因,提出改進包裝設計的最佳方案。其核心是研究商品及其包裝在運輸和存儲期間所受到的力的變化規律改進而成的緩;中包裝設計6步法來進行:(1)確定產品的流通環境條件;(2)確定產品脆值;(3)如果發現產品脆值偏低,應考慮重新設計產品中的關鍵件結構,提高其脆值;(4)根據產品脆值和緩沖材料特性設計緩沖材料的結構和確定其最佳尺寸。

因此,如何解決產品脆值的精確性問題是提高緩沖包裝設計質量的第1個問題。問題2:緩沖包裝材料的選定及其尺寸優化直接關系到緩;中包裝設計的好壞——即緩;中包裝的成本?,F在國內的包裝企業在做緩沖包裝設計時,一般是先測定產品的脆值,然后確定緩沖材料,之后根據緩沖系數和最大靜應力曲線確定緩沖襯墊的厚度等參數,最后進行校核。該設計過程雖穩妥,但其優化設計部分卻被放在了次要的地位。

但對于一個好的緩沖包裝設計來講,優化設計是節約包裝成本,提高設計質量的首要部分。所以,重視并改進緩沖包裝的優化設計部分是提高緩沖包裝設計質量的第2個問題。如果應用基于有限單元法的仿真分析軟件ANsYs對產品進行緩沖包裝設計的話,這兩個問題將會迎刃而解。2ANSYS簡介ANsYs是由美國匹茲堡大學力學系教授、有限元法的權威、著名的力學專家JohnSwanson博士于1970年創建而發展起來的MJ。目前,ANsYs公司已成為世界cAE行業最大的公司,ANsYs也被廣泛應用于航空航天、輕工、機械制造、日用家電等工業及科學研究。ANsYs是一個通用的有限元分析軟件,具有結構分析(靜力分析和動力分析)、集裝箱充氣袋熱力學分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析等功能。該軟件主要包括3個模塊:(1)前處理模塊(Prepmcessing):建立有限元模型,即進行材料參數設置、實體建模和網格劃分。

通過該模塊,用戶可以在滿足設計要求的前提下,使所需的支出(如面積、體積、重量等)達到最小。這樣,可以使緩;中包裝的設計在保證產品安全性的前提下避免出現過包裝,節約包裝成本。ANsYs是一個把產品特性參數計算、結構優化設計、三維造型處理及有限元分析等功能集于一體的系統分析軟件,因此,我們在已知實體模型材料的基礎上,運用有限元法,借助計算機仿真分析軟件ANsYs對緩沖包裝性能進行仿真分析計算,就可以充分利用已知條件,分析各種已知或未知的結構,這樣可以省去大量實驗,節省大量資源和時間,并提高緩沖包裝的研究效率。3基于ANSYS的產品緩沖包裝分析與設計的步驟產品緩沖包裝的分析與設計的步驟主要分為4步:1)脆值、固有頻率等參數的測定。對產品脆值的測定,首先要驗證其可行性??梢酝ㄟ^創建一脆值已知的產品的有限元模型,然后對其進行跌落分析(仿真模擬跌落實驗)以得到其有限元分析解,然后與其實際脆值進行對比,驗證該仿真分析的可行性。之后就可以按照相同的做法來確定各種產品的脆值了。該方法在測定產品脆值時只依據其材料參數,因此其精確性可以得到良好的保證。

對于產品的固有頻率,只需對產品的有限元模型進行模態分析,貨柜充氣袋就可以得出其固有頻率以及其在各階頻率下的形變圖。然后,可以根據其脆值、固有頻率等來進行下一步設計。2)建立緩沖包裝件的仿真模型。根據上一步確定的參數,通過特定條件下對產品的保護性能的要求,選定緩沖包裝材料,然后對產品的緩沖包裝襯墊和外包裝箱進行初步設計,并建立包裝件實體有限元模型。3)可靠性分析及優化分析。初步設計好緩沖包裝襯墊結構后,對其進行可靠性分析,若不滿足要求,則要返回上一步重新設計;若通過,則可以對其進行優化分析。圖4為30mm×30mm×20mm的肋形模型的拔模斜度從1?!保常爸g模型承受的最大應力的變化情況;圖5為上表面30mm×30mm,拔模斜度為40及6。時的肋形模型的高度變化10mm到150mm時的極限壓力情況¨J。圖4拔模斜度一極限壓力曲線Fig.4Draft—extremepressurecurve在優化分析中,建議以其體積為目標函數,以需要改良的尺寸作為設計變量,以特定環境下的緩沖墊所受的最大靜應力等作為狀態變量進行優化分析,得出優化結果后,按照結果所得數據再進行建模、可靠性分析。如果通過可靠性分析,則優化設計成功,若不通過,則需改變適當的參數,重新進行優化設計。

 
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