海鴨蛋防震包裝設(shè)備結(jié)構(gòu)的有限元分析

龍燕燕 ,黃善厚

(1.廣西英華國際職業(yè)學(xué)院 信息技術(shù)學(xué)院;2.廣西英華國際職業(yè)學(xué)院教學(xué)科研處,廣西 欽州 535000)

海鴨蛋防震包裝設(shè)備結(jié)構(gòu)的有限元分析

龍燕燕1,黃善厚2

(1.廣西英華國際職業(yè)學(xué)院 信息技術(shù)學(xué)院;2.廣西英華國際職業(yè)學(xué)院教學(xué)科研處,廣西 欽州 535000)

根據(jù)廣西北部灣鴨蛋的銷售情況,營銷海鴨蛋需要更好的外觀、包裝需求和防震性能,以保證產(chǎn)品在運(yùn)輸過程中的質(zhì)量.為此進(jìn)行調(diào)查,對(duì)海鴨蛋防震緩沖包裝進(jìn)行了一系列可行性研究.目前,對(duì)海鴨蛋包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)輸方式和運(yùn)輸距離提出了更高的要求.分析了廣西北部灣鴨蛋包裝結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能,從有限元的角度分析了海鴨蛋的包裝結(jié)構(gòu),提出了緩沖包裝設(shè)計(jì)的方案.

海鴨蛋;包裝結(jié)構(gòu);有限元

目前,由于鴨蛋市場的不同,普通鴨蛋包裝結(jié)構(gòu)主要由紙漿、托盤或紙箱制成.紙漿和蛋托盤的包裝結(jié)構(gòu)是直接通過瓦楞紙板設(shè)計(jì)蛋包裝.所選瓦楞紙板通常由廢紙制成,并安裝在不同的成型機(jī)上.在整個(gè)生產(chǎn)過程中,不會(huì)因產(chǎn)生廢氣、廢水、廢物等外部因素,而造成環(huán)境破壞,并可以重復(fù)利用.然而,傳統(tǒng)紙漿的結(jié)構(gòu)缺陷、濕軟變形等因素會(huì)大大降低鴨蛋包裝結(jié)構(gòu)的緩沖性能.所選框通常由蛋袋制成,如紙板加工、模切、折疊等生產(chǎn)工藝.包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單,制造成本低.瓦楞紙板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡潔、方便,具有良好的防震設(shè)計(jì)和緩沖性能.

1 防震性能分析及材料選擇

海鴨蛋的包裝設(shè)計(jì)具有良好的抗震性能和緩沖性能,機(jī)械強(qiáng)度高,阻尼性能好. 目前最廣泛使用的是泡沫、干草和瓦楞紙板.瓦楞紙板最為常見,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本身具有良好的緩沖性能和耐沖擊性,結(jié)構(gòu)輕,隔熱性好,阻尼性能好,生產(chǎn)成本相對(duì)較低.

2 包裝結(jié)構(gòu)整體防震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

海鴨蛋包裝還需要設(shè)計(jì)一些特殊的緩沖結(jié)構(gòu),以確保外殼沒有損壞.整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),必須更有效地減少對(duì)海鴨蛋的外部損傷,還需要更好的包裝來修復(fù)海鴨蛋.為了保證海鴨蛋的整體抗震性能,緩沖設(shè)計(jì)要求如下:首先,緩沖保護(hù)性能要強(qiáng),可以減少正常應(yīng)力或緩沖以保護(hù)產(chǎn)品.第二,包裝本身的設(shè)計(jì)需要輕便和可移動(dòng)組裝,根據(jù)貨品的數(shù)量和大小進(jìn)行靈活的組合和分解.第三,包裝本身的設(shè)計(jì)具有一定的剛度要求,在長途運(yùn)輸過程中,保障運(yùn)輸?shù)陌踩?最后,包裝設(shè)計(jì)應(yīng)該足夠穩(wěn)定,以避免物流和運(yùn)輸中的損失.

在緩沖包裝設(shè)計(jì)過程中,應(yīng)考慮整體包裝設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益.由于海鴨蛋本身的結(jié)構(gòu),應(yīng)根據(jù)包裝設(shè)計(jì)的要求,調(diào)配鴨蛋包裝的數(shù)量.緩沖器的設(shè)計(jì)長度、寬度和高度為310mm、280mm和65mm.充分考慮海鴨蛋的大小和特性,采用折疊紙?jiān)O(shè)計(jì)防震結(jié)構(gòu),可以很好的組合和堆疊.為了確保每個(gè)海鴨蛋的支撐面,每個(gè)面的設(shè)計(jì)有2個(gè)支撐點(diǎn),可以減少海鴨蛋在運(yùn)輸過程中的震動(dòng).

3 結(jié)構(gòu)單元形態(tài)及幾何參數(shù)的描述

瓦楞紙板結(jié)構(gòu)是三維薄壁復(fù)合結(jié)構(gòu),可用于包裝系統(tǒng)中,以保護(hù)和攜帶包裝產(chǎn)品的內(nèi)容物. 整個(gè)結(jié)構(gòu)可分為基本結(jié)構(gòu)單元和固定保護(hù)結(jié)構(gòu)單元.根據(jù)單位結(jié)構(gòu)的幾何特征,可以分為錐臺(tái)、圓臺(tái)、棱錐和臺(tái)階的4種基本類型.

4 結(jié)構(gòu)單元屈曲行為與承載能力數(shù)值分析

通過ANSYS有限元分析軟件分析了靜載荷下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的屈曲行為.單元及網(wǎng)格劃分:有限元模型與網(wǎng)格劃分情況見圖1.

5 屈曲分析及計(jì)算結(jié)果

由于模型是薄壁結(jié)構(gòu),部分側(cè)壁在塑性變形發(fā)生前并不穩(wěn)定.為此,對(duì)瓦楞紙板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了非線性屈曲分析.

(1)特征值屈曲分析.通過ansys的特征屈曲分析,瓦楞紙板制品結(jié)構(gòu)單元的臨界載荷為0.064MPa.其屈

圖1 有限元模型

曲后一階模態(tài)形狀情況見圖2.

圖2 結(jié)構(gòu)單元屈曲后的模態(tài)形狀

(2)非線性屈曲分析結(jié)果.非線性屈曲分析更符合實(shí)際的屈曲結(jié)構(gòu).

圖3 結(jié)構(gòu)單元載荷-位移曲線

6 瓦楞紙板結(jié)構(gòu)單元厚度變化對(duì)承載能力的影響

選取5種不同壁厚結(jié)構(gòu)單元,研究厚度變化對(duì)其承載能力和緩沖性能的影響.計(jì)算結(jié)果見表1,圖4為結(jié)構(gòu)單元承載能力隨厚度變化的曲線.

表1 壁厚變化時(shí)結(jié)構(gòu)單元的承載能力情況

臨界載荷 / MPa 0.033 0.058 0.088 0.155 0.205 0.253

圖4 臨界載荷-壁厚曲線

7 結(jié)語

結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形隨厚度的增加而減小,結(jié)構(gòu)的變形程度決定了緩沖體的吸收能力.在外力一定的條件下,能量緩沖器的吸收力與結(jié)構(gòu)變形成正比,緩沖器性能越強(qiáng),防震效果越好.隨著結(jié)構(gòu)元件的厚度增加,緩沖效果會(huì)有所降低.

[1]孫聚杰.模組屏物流包裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].包裝工程,2017 (1):37-41.

[2]史奧,錢怡.EPS-BC瓦楞串聯(lián)緩沖包裝結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究[J].包

TB484.1

A

1671-0711(2017)11(下)-0210-02

2016年度廣西高校中青年教師基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目:quot;廣西北部灣海鴨蛋包裝結(jié)構(gòu)防震性能及其可行性研究quot;(KY2016YB889).