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緩沖包裝結構的可靠性研究

發布日期:2012-02-24 07:22:17

目前,大量的具有可自然降解、無殘留、無污染的優良新型環保材料被應用于緩沖包裝中。由于對新材料的特性認識不夠,所設計的各種異型緩沖包裝結構的可靠性還尚待研究。借助于計算機,在已知必需參數的前提下,利用ANSYS軟件中的概率有限元分析方法來進行緩沖包裝結構的可靠性分析,充氣袋可以避免做大量的實驗,從而達到了節約資源,提高效率的目的。依據上述設計思想,如果能對某種新材料所設計的新結構建立合適于有限元分析的模型,劃分合適的網格單元,在已知每個單元的各項靜、動力學參數后,通過計算就可以在理論上預測整個新結構的各項性能參數;通過變化已知參數,再加以計算分析,可以了解緩沖包裝結構性能隨之變化的情況。

如果將輸入參數視為按某種隨機分布變化,那么就可以通過可靠性模型得到這種包裝結構的可靠性指標,完成緩沖包裝結構的可靠性分析。1總體方案設計按照ANSYS軟件的工作特性,要進行緩沖包裝結構的可靠性分析,必須先對緩沖包裝結構進行傳統定值分析,依據此思想,可靠性分析流程如圖1所示。緩沖包裝結構可靠性分析方法的實現2.l建立緩沖包裝結構的有限元分析模型由于緩沖包裝結構一般比較復雜,為保證分析結果的合理性與精確度,有限元分析首先要把緩沖包裝結構簡化成合適于理論分析的模型。

本文使用的ANSYS提供了一套建模工具,但是在建立復雜的緩沖包裝結構模型時,由于它的建模工具操作很復雜,而且使用非常不便,工作中常常利用ANSYS軟件提供的一系列的接口功能來完成建模工作。即可以在目前流行的三維CAD軟件如Pro/E、UG等環境下進行緩沖包裝結構的實體設計,貨柜充氣袋通過ANSYS軟件提供的一系列的接口功能導入ANSYS軟件中進行分析。實際操作表明,ANSYS軟件在二維和三維線框模型上能與使用IGES格式的各種軟件很好的接口,但是在進行實體導入時,如果模型比較復雜且精度較高(比如各棱邊倒了角),IGES格式就不能很好的完成任務。這時就應該利用AN-SYS專門的ConnectionForPor/E或者ConnectionForUG同Por/E,UG繪圖軟件直接對接。

參數輸入對于線性范圍內的彈性求解問題,一般只用輸入楊氏彈性模量(!")和泊松比(NUXY),如果有塑性型變,就還要加上屈服常數(!#)、切向斜率(!$)等參數;而對于非線性范圍內的分析,要針對材料的受力特性尋找合適的特性曲線,輸入真實數據以供ANSYS進行描點擬合。2.3施加載荷這里的載荷指的是任何來自外部的對緩沖包裝結構的作用,包括各種約束(如位移約束、轉動約束)、集中力、分布力、慣性力等等。施加載荷的目的就是要把真實物體的受載情況反映到有限元模型上,以求得對應的響應輸出。在ANSYS中加載的操作是很豐富的,可以對節點、單元、線、面、體加載,故能充分地表現現實物體受載的情況。2.4利用軟件計算求解如果待解的問題較簡單,那么使用ANSYS默認的求解選項是比較穩妥的。如果待解的問題較復雜,特別是利用新型材料生產的緩沖包裝產品,其材料特性、幾何特性都是非線性的,這時就必須人工調整求解設置。

進行可靠性分析ANSYS提供了一個非常強大的概率分析組件PDS(ProbabihisticDesignSystem),可以進行概率計算。集裝箱充氣袋在首先完成一個完整分析計算的前提下,ANSYS的概率設計系統能夠從有限元分析的角度,計算非確定性的輸入參數對產品性能的影響,或者確定有限元分析的某些計算結果不滿足用戶指定的設計準則的概率(例如,最大應力超過屈服強度的可能性到底有多大),從而實現“可靠性設計”。同時PDS自動計算分析結果對各個輸入參數的敏感度,以此確定出影響產品性能的關鍵因素。3實例分析圖2所示為一個以紙漿模塑成型的簡單包裝結構。

 
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