纸浆模塑制品结构设计与计算机模拟

摘要

纸浆模塑制品是以纸张或其他天然植物纤维为原料，经制浆、模塑成型和干燥整型等工艺过程，制成的具有特定的几何空腔结构和一定抗压缓冲能力的纸制品。制品的缓冲通过结构变形来实现，结构设计是决定制品缓冲能力的关键因素。目前，制品结构设计主要依靠经验，设计结果需反复验证，因此通过对结构单元力学性能的研究总结出实用的结构设计原理是行业急需解决的瓶颈问题。 本文采取了理论分析，试验验证以及计算机模拟等技术手段，对纸浆模塑制品的结构单元力学性能做了如下研究： (1)归纳出常见的单元结构，通过静态压缩试验分析与比较了圆台状单元和肋状单元的承载缓冲性能，找出性能较优的圆台状单元作为研究对象。 (2)利用旋转薄壳理论，推导出圆台状壳体单元的弯曲方程，并根据实际承载情况下的边界条件求解出壳体的内力、位移等。找到关键结构参数与壳体内力变形间的关系。 (3)提出了纸浆模塑材料压溃前的组合力学模型，通过拉伸试验验证了模型的准确性，为计算机模拟阶段材料模型选择提供了有力的支持。并在此基础上安排了5因素4水平的正交模拟试验，利用ANSYS软件对其进行承载能力模拟，识别出关键因素和次要因素。模拟结果与试验结果吻合良好。 (4)根据以上各阶段的研究结果，提出合理的结构设计流程，以及流程各步骤的具体实施方法。为纸浆模塑制品的设计提供参考。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1纸浆模塑制品简介

1.1.1纸浆模塑制品概述

1.1.2纸浆模塑制品性能特点

1.1.3纸浆模塑制品用途

1.2纸浆模塑制品工业的发展与应用前景

1.2.1纸浆模塑工业的发展历史

1.2.2我国纸浆模塑工业的发展前景

1.3本课题研究的重要性及必要性

1.4课题相关研究现状及存在的主要问题

1.4.1国内外研究现状

1.4.2现有研究存在的主要问题

1.5本课题研究的主要内容

第二章纸浆模塑制品缓冲机理和结构单元的归纳

2.1纸浆模塑制品缓冲机理

2.2.1纸浆模塑制品的缓冲特点

2.2.2纸浆模塑制品常见破坏形式

2.2纸浆模塑制品基本结构单元的归纳与选择

2.2.1圆台状单元与肋状单元静态压缩试验

2.2.2试验结果与分析

2.3本章小结

第三章纸浆模塑制品结构单元力学性能理论研究

3.1薄壳理论在纸浆模塑制品结构单元力学研究中的应用

3.1.1薄壳理论简介

3.1.2旋转薄壳轴对称弯曲问题

3.2圆台壳(截顶圆锥)轴对称弯曲基本方程

3.3圆台壳(截顶圆锥)轴对称弯曲基本方程的求解

3.3.1圆台无矩状态的解

3.3.2圆台边界条件

3.3.3圆台壳体弯曲问题的解

3.4纸浆模塑制品结构参数归纳

3.5本章小结

第四章纸浆模塑制品结构单元的计算机模拟与分析

4.1有限元法及ANSYS软件简介

4.1.1有限元法基本概念与发展

4.1.2ANSYS软件简介

4.2纸浆模塑制品的材料力学模型研究

4.2.1材料力学模型研究

4.2.2组合模型验证及弹性模量的测定

4.2.3小结

4.3不同结构参数圆台状单元的模拟

4.3.1模拟试验设计

4.3.2 ANSYS前处理

4.3.2模型求解

4.3.3模型后处理

4.4正交模拟试验结果分析

4.4.1正交模拟试验结果

4.4.2模拟试验结果与理论结果的对比

4.5补充模拟试验

4.6本章小结

第五章纸浆模塑制品的结构设计

5.1传统纸浆模塑结构设计方法的缺陷

5.2改良后的纸浆模塑制品结构设计

5.2.1缓冲包装设计理念在纸浆模塑制品结构设计中的应用

5.2.2基于脆值理论设计结构单元排列方式和数量

5.2.3基于单元结构力学模型校核单元承载能力

5.2.4改良后的纸浆模塑制品设计流程

5.3纸浆模塑制品结构CAD基本原理

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录

在学期间发表的学术论文