海鴨蛋防震包裝設備結構的有限元分析

龍燕燕 ,黃善厚

(1.廣西英華國際職業學院 信息技術學院;2.廣西英華國際職業學院教學科研處,廣西 欽州 535000)

海鴨蛋防震包裝設備結構的有限元分析

龍燕燕1,黃善厚2

(1.廣西英華國際職業學院 信息技術學院;2.廣西英華國際職業學院教學科研處,廣西 欽州 535000)

根據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,以保證產品在運輸過程中的質量.為此進行調查,對海鴨蛋防震緩沖包裝進行了一系列可行性研究.目前,對海鴨蛋包裝結構設計、運輸方式和運輸距離提出了更高的要求.分析了廣西北部灣鴨蛋包裝結構的抗沖擊性能,從有限元的角度分析了海鴨蛋的包裝結構,提出了緩沖包裝設計的方案.

海鴨蛋;包裝結構;有限元

目前,由于鴨蛋市場的不同,普通鴨蛋包裝結構主要由紙漿、托盤或紙箱制成.紙漿和蛋托盤的包裝結構是直接通過瓦楞紙板設計蛋包裝.所選瓦楞紙板通常由廢紙制成,并安裝在不同的成型機上.在整個生產過程中,不會因產生廢氣、廢水、廢物等外部因素,而造成環境破壞,并可以重復利用.然而,傳統紙漿的結構缺陷、濕軟變形等因素會大大降低鴨蛋包裝結構的緩沖性能.所選框通常由蛋袋制成,如紙板加工、模切、折疊等生產工藝.包裝結構設計簡單,制造成本低.瓦楞紙板結構設計簡潔、方便,具有良好的防震設計和緩沖性能.

1 防震性能分析及材料選擇

海鴨蛋的包裝設計具有良好的抗震性能和緩沖性能,機械強度高,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,結構設計本身具有良好的緩沖性能和耐沖擊性,結構輕,隔熱性好,阻尼性能好,生產成本相對較低.

2 包裝結構整體防震結構設計分析

海鴨蛋包裝還需要設計一些特殊的緩沖結構,以確保外殼沒有損壞.整個結構設計,必須更有效地減少對海鴨蛋的外部損傷,還需要更好的包裝來修復海鴨蛋.為了保證海鴨蛋的整體抗震性能,緩沖設計要求如下:首先,緩沖保護性能要強,可以減少正常應力或緩沖以保護產品.第二,包裝本身的設計需要輕便和可移動組裝,根據貨品的數量和大小進行靈活的組合和分解.第三,包裝本身的設計具有一定的剛度要求,在長途運輸過程中,保障運輸的安全性.最后,包裝設計應該足夠穩定,以避免物流和運輸中的損失.

在緩沖包裝設計過程中,應考慮整體包裝設計的經濟效益.由于海鴨蛋本身的結構,應根據包裝設計的要求,調配鴨蛋包裝的數量.緩沖器的設計長度、寬度和高度為310mm、280mm和65mm.充分考慮海鴨蛋的大小和特性,采用折疊紙設計防震結構,可以很好的組合和堆疊.為了確保每個海鴨蛋的支撐面,每個面的設計有2個支撐點,可以減少海鴨蛋在運輸過程中的震動.

3 結構單元形態及幾何參數的描述

瓦楞紙板結構是三維薄壁復合結構,可用于包裝系統中,以保護和攜帶包裝產品的內容物. 整個結構可分為基本結構單元和固定保護結構單元.根據單位結構的幾何特征,可以分為錐臺、圓臺、棱錐和臺階的4種基本類型.

4 結構單元屈曲行為與承載能力數值分析

通過ANSYS有限元分析軟件分析了靜載荷下結構構件的屈曲行為.單元及網格劃分:有限元模型與網格劃分情況見圖1.

5 屈曲分析及計算結果

由于模型是薄壁結構,部分側壁在塑性變形發生前并不穩定.為此,對瓦楞紙板結構進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,瓦楞紙板制品結構單元的臨界載荷為0.064MPa.其屈

圖1 有限元模型

曲后一階模態形狀情況見圖2.

圖2 結構單元屈曲后的模態形狀

(2)非線性屈曲分析結果.非線性屈曲分析更符合實際的屈曲結構.

圖3 結構單元載荷-位移曲線

6 瓦楞紙板結構單元厚度變化對承載能力的影響

選取5種不同壁厚結構單元,研究厚度變化對其承載能力和緩沖性能的影響.計算結果見表1,圖4為結構單元承載能力隨厚度變化的曲線.

表1 壁厚變化時結構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 結語

結構構件的變形隨厚度的增加而減小,結構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構變形成正比,緩沖器性能越強,防震效果越好.隨著結構元件的厚度增加,緩沖效果會有所降低.

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TB484.1

A

1671-0711(2017)11(下)-0210-02

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