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产品破损评价及其防护包装动力学理论研究

王军  
【摘要】: 物流中有大量的产品破损和功能失效现象发生,每年因包装防护不当引起产品破损导致的经济损失达几百到上千亿元。目前,物流中的振动和冲击环境下产品防护研究较为薄弱,产品的包装及其在物流中的防护缺乏深入和有效的理论支持与指导。研究产品包装系统动力学特性,发展相应的破损评价手段是产品包装设计的基础。传统的研究都是基于单自由度或线性等极为简化的假设条件,导致理论研究结论与实际不符,难以指导实际设计。 实际运输中,产品系统通过复杂的包装耦合界面和运载体系统一起构成产品运输包装结构系统。本文以产品运输包装结构系统为对象,以关键部件为核心,建立基于关键部件的产品脆值理论、冲击谱理论和破损边界理论,建立产品运输包装结构系统的动态逆子结构分析方法,正确预测产品及其关键部件的动态响应。 论文首先在总结机电产品一般破损规律的基础上,建立了基于关键部件的产品包装系统动力学模型,得到了线性、典型非线性包装系统统一动力学方程,获取了关键部件的冲击响应规律,提出了三维冲击谱和破损边界曲面新概念,讨论了关键部件与产品主体连接部阻尼、缓冲材料阻尼、关键部件与产品主体质量比、频率比、包装系统特征参数等对关键部件冲击谱和破损边界的影响规律。 论文进一步建立了多层堆码包装系统统一动力学方程,提出了组合冲击谱和组合破损边界新概念,分析了材料阻尼、堆码层数等对多层堆码包装系统冲击特性和破损边界的影响规律。研究结论可推广到任意多层堆码包装系统,从而使得建立的方法和研究结论具有普遍意义。 论文建立产品运输包装结构系统动力学模型,提出并建立了三级系统动态逆子结构新理论,采用集中参数模型进行了数值校验并实验验证,讨论了预测结果对测量误差的敏感性,最后应用建立的理论分析了产品运输包装结构系统动力学特性和关键部件的动态响应规律,得到了包装耦合界面动力学特征参数、关键部件与产品主体频率比等重要包装设计参数对关键部件动态响应的影响规律。并且以典型产品运输包装结构系统在典型路面激励下的动力学分析为例,讨论了产品运输包装结构系统的可靠性评估方法。


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