【摘要】：廚電產(chǎn)品在物流中承受著各種沖擊造成的損壞,緩沖包裝作為吸收沖擊能量、為產(chǎn)品提供保護(hù)的技術(shù),倍受人們的重視。為了研究產(chǎn)品破損機(jī)理、評(píng)價(jià)包裝防護(hù)性能、降低產(chǎn)品破損率、降低包裝成本、提升材料利用率,本文以薄型煙機(jī)為研究對(duì)象展開了對(duì)廚電產(chǎn)品緩沖包裝設(shè)計(jì)及性能分析的研究。在緩沖包裝設(shè)計(jì)的過程中,最核心的是產(chǎn)品沖擊脆值的確定。綜合考慮產(chǎn)品脆值及包裝材料的緩沖特性,可實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品緩沖包裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。為了節(jié)省測試成本,一般通過跌落仿真進(jìn)行緩沖包裝結(jié)構(gòu)的初級(jí)驗(yàn)證。在緩沖包裝結(jié)構(gòu)合理的情況下,再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室跌落測試驗(yàn)證,根據(jù)得到的驗(yàn)證結(jié)果改進(jìn)緩沖包裝結(jié)構(gòu)。本文首先采用經(jīng)驗(yàn)估算法、非線性緩沖包裝系統(tǒng)估算法、使用緩沖材料的沖擊脆值試驗(yàn)方法、有限元法(FEM)脆值確定方法和沖擊響應(yīng)譜法(SRS)脆值確定方法得到了產(chǎn)品的脆值,分別為108 g、147 g、116 g、120 g、127 g。經(jīng)驗(yàn)估算法和非線性緩沖包裝系統(tǒng)估算法雖然計(jì)算時(shí)間短,但是誤差太大,其他三種方法雖然存在測試成本較大或設(shè)計(jì)周期較長的不足,但計(jì)算結(jié)果是可靠的,根據(jù)計(jì)算結(jié)果將薄型煙機(jī)的沖擊脆值圓整為120 g。其次,依據(jù)動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)方法,得到了EPE和EPS的緩沖性能曲線,根據(jù)薄型煙機(jī)的產(chǎn)品特點(diǎn)、包裝需求、緩沖材料特性,進(jìn)行了薄型煙機(jī)緩沖包裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。為了對(duì)緩沖包裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證,首先借助有限元軟件ANSYS Workbench對(duì)薄型煙機(jī)包裝件在2-3-5角、3-5棱和3面三種工況的跌落過程進(jìn)行了仿真。求解器追蹤的產(chǎn)品包裝件能量變化符合能量守恒定律和動(dòng)能先增后減的邏輯,且產(chǎn)品速度、加速度變化顯著的方向與跌落方向一致,保證了仿真結(jié)果的合理性。通過對(duì)產(chǎn)品包裝件及零件的最大位移量、等效應(yīng)力、等效應(yīng)變的變化情況進(jìn)行分析,得到外殼是產(chǎn)品最易發(fā)生變形的零件,產(chǎn)品的最大等效應(yīng)力也分布于零件外殼上,面跌落時(shí)最大等效應(yīng)力大于其他兩個(gè)工況,外殼上的等效應(yīng)變接近于自身材料的屈服應(yīng)變,此時(shí)緩沖襯墊雖然能夠?yàn)楫a(chǎn)品提供保護(hù),但產(chǎn)品依然存在損壞的風(fēng)險(xiǎn)。其次通過跌落測試驗(yàn)證了包裝件在這三種工況下的強(qiáng)度,試驗(yàn)得到產(chǎn)品在2-3-5角、3-5棱兩種跌落工況下的是安全的,在3面跌落工況下產(chǎn)品的最大加速度超出了120 g,且加速度沖擊響應(yīng)譜高于得到產(chǎn)品脆值時(shí)的加速度沖擊響應(yīng)譜(產(chǎn)品的S_c值曲線),因此產(chǎn)品會(huì)發(fā)生變形。產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)缺陷和緩沖結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不足導(dǎo)致了薄型煙機(jī)的跌落變形,為了減少蝸輪、蝸殼、電機(jī)跌落時(shí)產(chǎn)生的沖擊能量,在蝸殼與濾網(wǎng)的間隙處設(shè)計(jì)襯墊。通過對(duì)改進(jìn)后的包裝件進(jìn)行跌落測試,得到產(chǎn)品最大加速度為70 g,遠(yuǎn)小于產(chǎn)品的脆值,且加速度沖擊響應(yīng)譜低于得到產(chǎn)品的S_c值曲線,驗(yàn)證了改進(jìn)方案的可行性。
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB485.1
【圖文】：

基于 FEM 和 SRS 的薄型煙機(jī)緩沖包裝設(shè)計(jì)研究行調(diào)研和分析，確定薄型煙機(jī)的包裝防護(hù)需求，再通過動(dòng)態(tài)沖擊試的最大加速度-靜應(yīng)力曲線，選擇合適的緩沖材料，進(jìn)行緩沖包裝結(jié)構(gòu)用 ANSYS Workbench 軟件中的顯式動(dòng)力學(xué)模塊，對(duì)薄型煙機(jī)包裝姿態(tài)下的跌落過程進(jìn)行仿真，得到產(chǎn)品的響應(yīng)曲線。并通過分析產(chǎn)應(yīng)變變化，得出緩沖包裝對(duì)產(chǎn)品的保護(hù)性。薄型煙機(jī)原型包裝件，按照國標(biāo) GB/T4857 進(jìn)行跌落測試，觀察產(chǎn)的產(chǎn)品在各個(gè)跌落工況下的加速度與產(chǎn)品脆值進(jìn)行對(duì)比、沖擊響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比，觀察緩沖包裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)余量，進(jìn)一步驗(yàn)證包裝件的強(qiáng)據(jù)跌落仿真和跌落測試的結(jié)果，分析產(chǎn)品變形的原因及改進(jìn)措施，的改進(jìn)。究路線

裝的要求是保證產(chǎn)品從產(chǎn)地到消費(fèi)地的流通過程中不發(fā)生肉眼可見的變形及損傷。產(chǎn)品包裝件的質(zhì)量為7.85kg，外尺寸為830mm*198mm*550mm，外包裝箱為BC楞一片式平口紙箱，現(xiàn)用于緩沖的襯墊材料是EPS，襯墊分別位于兩側(cè)（圖2-1）。圖 2-1 原包裝方案展示圖Fig. 2-1 Display drawing of original package2.1傳統(tǒng)的脆值確定方法2.1.1經(jīng)驗(yàn)估算法根據(jù)在流通過程中對(duì)包裝件測量得到的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，將產(chǎn)品可能受到的沖擊分為三種情況：強(qiáng)烈沖擊、中等沖擊、較弱沖擊。產(chǎn)品脆值估算經(jīng)驗(yàn)公式[57]如下：-βcG =α*W （2-1）式中：Gc——包裝件受到的最大加速度（g，g=9.8 m/s2）；W——包裝件的質(zhì)量（kg）；α, β——經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，無量綱。強(qiáng)烈沖擊時(shí)，α=801，β=0.704；中等沖擊時(shí)，α=203，β=0.306；較弱沖擊時(shí)，α=53.2

試驗(yàn)樣品進(jìn)行 24 h 常溫常濕的溫濕度預(yù)處理。運(yùn)輸環(huán)境選擇跌落高度，等效跌落高度選擇范圍為 100~運(yùn)輸環(huán)境，制定了跌落高度方案（表 2-2）。實(shí)際運(yùn)輸中擊更為敏感，所以將此方向選定為測試沖擊方向。表 2-2 跌落測試方案Tab. 2-2 Drop test option跌落次數(shù) 跌落高度（mm）1 3002 3603 4104 4605 5106 5607 610

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