欧式吸油烟机缓冲衬垫优化设计

摘要

家电包装在节能环保主题的影响下，逐步向绿色化、轻量化的方向发展。但是由于部分设计人员包装理论的欠缺和企业项目进度的限制，导致大量的家电包装仍然采用过包装结构，其次由于电子商务的发展促进了家电产品的消费，使得家电包装对环境的污染与日俱增。本文以某品牌欧式吸油烟机为研究对象，结合有限元分析技术和优化方法对其包装结构进行设计与优化。 首先，对欧式吸油烟机原包装大量使用的EPS（expanded polystyrene）缓冲材料进行静态压缩试验，同时针对整体包装件进行相关脆值试验，得到EPS缓冲材料应力-应变曲线，并确定集烟罩为产品易损件以及其不同跌落工况下的脆值。其次，对吸油烟机进行初步包装设计，对其标准配件布局进行规划，建立三维模型，并对已经装配好的包装件进行跌落模拟分析，得其易损件响应加速度，与以上试验进行对比，确定初步包装方案的可行性以及其缓冲衬垫的应力云图和位移值。第三，应用等效静态载荷法将跌落工况下衬垫所受动载荷进行静态转化，将得到的静载荷作为拓扑优化的初始载荷对衬垫结构进行优化，对拓扑优化后的衬垫模型进行跌落分析，从而确定拓扑结构的可行性。最后，研究衬垫底面、端面和前面缓冲厚度对于底面、端面、前面和角部跌落工况下集烟罩响应加速度的影响，绘制两者之间关系曲线及响应面，同时以其为约束条件建立衬垫尺寸优化数学模型，利用MATLAB软件对其进行编写与运算，并制作原型包装件进行试验。结果得到，由尺寸优化后的缓冲衬垫包装件满足相关产品脆值要求，并且其质量相比于初步包装设计减少41.9%。 本文对欧式吸油烟机缓冲包装的优化设计，不但对标准配件进行了整体布局，使包装衬垫在网购物流环境下起到保护产品的作用，而且减少了包装材料的应用，减少了包装对于环境的污染，降低了能源消耗，使其向绿色包装、低碳包装的标准更进一步，同时还降低了包装成本，提高了企业的市场竞争力。另外，本文对家电产品包装的优化设计流程进行尝试，为设计人员在没有材料动态缓冲曲线条件下，对产品包装进行合理设计提供依据。

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摘 要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究现状

1.2.1 家电产品包装研究现状

1.2.2 结构优化研究现状

1.3 主要研究内容

2 欧式吸油烟机特性分析

2.1 产品包装分析

2.1.1 欧式吸油烟机整体包装分析

2.1.2 欧式吸油烟机包装材料分析

2.2 产品脆值分析

2.3 本章小结

3 欧式吸油烟机包装设计

3.1 产品包装设计方案

3.2 产品跌落仿真分析

3.2.1 跌落仿真前处理

3.2.2 跌落仿真结果分析

3.3 本章小结

4 缓冲衬垫拓扑优化设计

4.1 动态载荷等效静态处理

4.2 拓扑优化

4.2.1 拓扑优化前处理

4.2.2 拓扑优化后处理

4.3 模型调整与结果分析

4.4 本章小结

5 缓冲衬垫尺寸优化设计

5.1 MATLAB软件介绍

5.1.1 MATLAB曲线拟合

5.1.2 MATLAB优化

5.2 各跌落工况下集烟罩响应加速度与衬垫厚度研究

5.2.1 面跌落集烟罩响应加速度与面厚度研究

5.2.2 角跌落集烟罩响应加速度与面厚度研究

5.3 缓冲衬垫尺寸优化设计数学模型的建立及优化程序

5.3.1 设计变量

5.3.2 目标函数

5.3.3 约束条件

5.3.4 MATLAB程序编写

5.3.5 调整模型及其三维模型

5.4 缓冲衬垫试验分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致 谢

参考文献

攻读学位期间获得的科研成果

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