電視機結構設計和緩沖包裝設計關系探討

王彬

摘 要：通過舉例說明，在產品脆值的定義和討論基礎上，對如何提高電視機產品的脆值，產品結構與包裝設計之間的關系進行了分析。對產品結構和包裝設計在緩沖包裝中得到的啟示進行了探討，同時對產品結構和包裝設計中有限元數值模擬的應用前景進行了展望。

關鍵詞：電視機結構設計；機械沖擊脆值；緩沖包裝設計

家電產品結構和包裝設計雖然是一個多目標、多約束要求的任務，但同時也作為一個整體任務而存在。在實際產品設計中，除了要滿足產品自身功能外，也要考慮到后續的包裝設計，我們在這里提到的包裝設計主要指緩沖包裝設計，緩沖包裝設計能直接影響到產品的質量和成本控制，只有把產品設計和包裝設計集合在一起，整體效果才能清晰的顯現出來。

1 脆值的概念與發展

涉及到產品與包裝設計的其中一個重要概念，即脆值。脆值泛指產品的耐沖擊能力，即產品不產生功能損傷或功能失效所能承受的沖擊極限。只有全面了解了脆值定義，在實際設計中對脆值在方向性上具備的差異合理應對，才能設計出合格的產品和包裝設計。

在家電行業中，產品不發生物理損傷或功能失效所能承受的重力加速度和最大加速度的比值，即稱為G值，用G來表示，目前在家電行業中廣泛使用。但是，產品的耐沖擊能力不是單一受到峰值加速度影響，沖擊波形、持續時間等元素也會對產品的耐沖擊力變化產生影響。隨著包裝設計系統的發展，破損邊界的概念更多的應用到了包裝設計中，從多種元素量變化突破了設計人員對舊有包裝設計的認識，意識到保證產品安全上采用的矩形脈沖估算方法相對傳統，無法全面解決各個因素對產品產生的沖擊，若想解決上述問題，必須找到預測產品破損的方法，才能有效降低產品損失[1]。

2 脆值的確定及提高產品脆值的方法

經驗估算法、試驗測定法都可作為脆值的確定方法，其中試驗測定法是屬于比較精確的方法，但相對其精確度對來說，試驗成本也很高，因為這種方法必須具備側錄儀器和試驗設備才可以。但是由于脆值試驗所具備的破壞特性，對于單價很高，并且更新換代很快的電視機產品來說并不合適。

通過相關數據的研究顯示，在結構失效問題上，局部裂紋、表面摩擦損傷等外殼問題占據了主要影響因素，還有由結構失效引起的液晶屏和顯像管破損、移位等，因此，在設計產品和包裝時要仔細分析液晶屏、外殼和包裝三者之間的受力關系，在提高產品脆值的同時，尋求到產品設計和包裝設計之間成本的平衡[2]。

3 緩沖包裝的力學模型及對包裝設計的啟示

變形過程中產生的能量損耗是泡沫塑料緩沖機理，一般包括（1）由基體變形產生的能量損耗；（2）基體單元間摩擦產生的能量損耗；（3）開孔泡沫塑料中流體的粘性流動產生的能量損耗；（4）閉孔結構中氣體的不可逆壓縮產生的能量損耗。因此，在設計緩沖包裝時，要想緩沖效果越好，所選取的緩沖材料單位體積吸收能量就要越大。我們可以用C代表緩沖系數，Q代表作用于緩沖材料上的應力，E代表單位體積緩沖材料所吸收的能量，用公式來表示，即：C=Q/E，從這個公式我們可以看出，當緩沖材料單位體積吸收的能量越多，則緩沖系數越小。

在電視機設計中，難以界定易損件。但在理論上我們可以得出這樣的結論，產品主體設計和包裝設計之間存在著密不可分的內在聯系，對于能夠有效減低沖擊響應幅值的阻尼問題，我們要從理論上和實踐上都提高認識，從而降低易損件對外界的沖擊影響。

4 緩沖包裝設計的傳統方法及有限元數值模擬的應用

發泡聚苯乙烯（EPS）作為目前家電行業中使用最廣泛的緩沖材料，對其靜態和動態特性研究已經非常成熟。緩沖包裝設計的基本方法是緩沖系數-最大應力曲線（C-m）法與最大加速度-靜應力曲線（G-s）法。闡述了產品設計與緩沖包裝之間的關系，對于包裝設計具有指導意義。

目前，作為輔助產品和包裝設計的一個重要工具，越來越廣泛的應用有限元仿真軟件，對產品進行仿真跌落分析，從而達到優化產品設計和包裝設計的目的。

在產品和包裝設計完成后，運用數值模擬的方法提前對產品的包裝和產品的設計進行了解，有效優化產品和包裝設計。有限元仿真軟件對于跌落時產品和包裝的各個位置的應力和變形，及指定位置的加速度曲線，這些我們評價設計的關鍵指標都能計算出來。

當然，實際的試驗結果和模擬結果無論使用哪種有限元軟件都會有些出入，其原因是很多方面的：比如有限元模型中理論材料參數和產品外殼和包裝的真實材料參數之間存在的差異，選取的電視機不同計算部位，結構件之間的聯結和接觸的處理方法，以及阻尼值的考慮等多種因素。在實驗中，因為試驗設備和人為操作的元素，有限元仿真模擬的處理是按照理想跌落方向進行的，而試驗中對緩沖包裝件跌落方向卻不能與模擬完全保證一致，這就導致了試驗結果出現了一定的誤差。同時，影響試驗結果差異的因素還包括試驗環境、跌落情況等。因此，模擬數值結果在實際設計中，只能作為參考來使用，不能成為根本設計標準。

近年來，國內外在數值模擬方面提出了機電產品穩健設計優化概念的最新成果，對設計人員具有積極啟示意義。一套適合自己公司的產品設計系統的建立，需要結構設計人員將設計經驗和數值模擬有效統一結合，通過不斷的設計、模擬與試驗產生的產品結晶[3]。

5 結束語

結構設計和包裝設計在實際的電視機產品設計過程中，其關系非常密切。產品的脆值是產品結構設計中一個非常重要的因素，因此，在產品設計中要重點關注，從而打好緩沖包裝設計的基礎。同時，為了產品在運輸安全和包裝設計的經濟性上得到保證，對緩沖材料的特性能夠更充分的利用，就要了解緩沖材料的基本特性和緩沖包裝的力學模型。同時有效利用有限元數值模擬軟件，爭取達到縮短設計周期、降低成本、優化設計的目的。

參考文獻

[1]申剛.電視機產品設計和緩沖包裝設計關系探討[J].廣西輕工業，2011，5（03）15-26.

[2]張聚杰.包裝襯墊疲勞強度與疲勞緩沖性能的研究[D].江南大學，2010，6（02）35-56.

[3]梅林王.緩沖包裝結構設計淺析[J].中國包裝，2011，6（05）56-63.