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发泡聚乙烯缓冲性能的研究

李俊  
【摘要】:本文选题于工程力学学科的包装动力学研究方向,结合联合培养单位正在开展的“包装缓冲防护机理研究和新材料开发”课题,运用理论推导、力学实验、数值计算和有限元计算相结合的手段,对应用越来越广泛的生态环保型新材料-发泡聚乙烯(EPE)的缓冲性能进行了比较系统的应用基础性研究。 通过静态压缩试验获得发泡聚乙烯的应力—应变关系,描述了它的静态力学特性,建立了双曲正切-正切函数的4参数静压力学模型,并讨论了材料密度、压缩应变率对应力应变关系的影响。 继而进行发泡聚乙烯材料的跌落冲击试验,由实验数据分析建立了该材料的动态缓冲模型,并成功识别了11个模型参数。建模中只用到一组跌落高度、衬垫厚度、静应力试验工况下的实验数据,而已可用该模型计算不同静应力、不同跌落高度、不同衬垫厚度下被保护商品的峰值加速度,与实验数据在规律上相吻合。对提高包装材料缓冲性能的分析效率,科学实施包装缓冲设计有一定的意义。 采用已建立发泡聚乙烯模型的简化式,用数值方法求解该缓冲新材料在矩形波、半正弦波、后峰锯齿波三种冲击激励下的冲击谱和损坏边界曲线,并讨论了系统阻尼和模型参数对它们的影响规律。 作为EPE缓冲新材料的一项应用实践,针对某玻璃瓶包装的跌落防护问题,基于ABAQUS有限元软件,完成了跌落冲击工况下EPE衬垫防护效果的多工况对比分析。论文提出的“缓冲防护系数α”,具有包装结构缓冲防护效果直观、简捷评估的工程价值。


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