纸类三瓦楞夹芯层合板的横向压缩特性与失效模式

摘要

本文以三瓦楞夹芯层合板为研究对象，采用理论研究、有限元分析与试验相结合的方法，研究其在静态压缩作用下的力学性能与破损模式。给出了纸类三瓦楞夹芯层合板的力学模型和解析表达式，采用ANSYS软件进行仿真分析，用试验验证和修改仿真模型。本文的研究工作主要包括：
　　 (1)根据三瓦楞纸板的结构特征，将其看成具有正交各向异性的三瓦楞夹芯层合板，采用等效理论和层合板理论建立三瓦楞夹芯层合板的力学模型。根据瓦楞纸板面纸和芯纸材料的正交各向异性，采用宏观力学分析法，将各夹芯层等效为正交各向异性均质板进行计算，得到等效参数。再将各单层板层合成层合板，采用层合板理论研究分析位移分量、应力分量、横向剪切分量的描述形式，推导出整体结构的平衡微分方程和挠度求解公式。
　　 (2)进行瓦楞纸板横向静态压缩试验。得出不同类型的三瓦楞纸板在七种不同的压缩速度下的应力-应变曲线，并研究其静态压缩作用下的失效模式。同时与单双瓦楞纸板进行比较。得知瓦楞纸板的失效主要由芯层剪切变形引起，且破坏是分层进行的，应力-应变曲线波动段的数量与瓦楞芯层的数量相对应，瓦楞楞型对瓦楞纸板抗压强度影响最大。
　　 (3)采用ANSYS有限元软件进行瓦楞纸板仿真分析。根据材料属性，建立有限元模型，进行静态分析，得到相应静载荷作用下三瓦楞纸板的最大应力、应变值及剪切应力的分布情况。同时与双瓦楞纸板的仿真模型进行对比分析。
　　 (4)将理论计算值、有限元分析结果与试验结果进行比较分析，三种结果基本一致。表明采用等效层合板理论进行三瓦楞夹芯层合板的力学性能分析是可行的。有限元法分析的结果与试验结果较为接近。
　　 本文建立的瓦楞纸板力学性能关系式、试验结果分析以及有限元分析，可以为三瓦楞纸板在运输包装领域中的应用提供参考和理论依据。