基于ANSYS的蜂窝纸板共面性能研究与应用

摘要

本文采用蜂窝纸板共面静态压缩实验和有限元模拟分析相结合的方法，以不同芯纸、面纸、蜂窝边长、纸板厚度及孔径比的蜂窝纸板为研究对象，研究原纸性能与纸板结构对蜂窝纸板共面性能的影响，得到了蜂窝纸板共面压缩状态下的变形破坏机制。根据蜂窝纸板的共面力学特性，从容装性和保护性的角度出发，选择一种产品进行蜂窝包装设计并模拟分析该蜂窝纸箱的抗压性能，提出了增强蜂窝纸箱抗压性能的方案。
　　本文首先对蜂窝原纸的物理性能进行测试，结果表明，蜂窝原纸纵横向弹性模量和屈服强度与其定量没有直接关系，蜂窝原纸纵向弹性模量和屈服强度均大于其横向值，原纸的选择计算中应考虑其正交各向异性。
　　其次对不同原纸与结构的蜂窝纸板进行共面静态压缩试验，得到不同因子对蜂窝纸板共面压缩强度与平台应力的影响及其影响关系，结果表明，面纸对蜂窝纸板共面性能的影响很大，面纸的纵、横向屈服强度分别决定着蜂窝纸板的横、纵向的压缩强度;纸板厚度、蜂窝边长和孔径比都对蜂窝纸板的共面性能都有着较大的影响。
　　采用有限元法对不同原纸与不同结构的蜂窝纸板共面性能进行了一系列仿真模拟分析，研究了蜂窝纸板的共面静态压缩特性，获得了蜂窝纸板的压缩变形图、应力分布图等，结果表明，面纸的应力值和变形比芯纸大的多，共面力学性能主要取决于面纸;在胞元位置处的面纸出现应力集中现象，胞元位置首先出现压溃变形并屈曲折叠;在不同方向上施压时，蜂窝纸板的变形及承载模式不一样，横向压缩应力波动范围比纵向压缩应力波动范围小;模拟分析结果与试验结果一致，验证了蜂窝纸板有限元模型的正确性。
　　本文最后选择冰箱进行蜂窝包装设计并借助有限元软件ANSYS对纸箱的抗压性能进行模拟分析，得到纸箱各个侧面板的中央部位及四条棱边处出现应力集中，提出通过减小蜂窝边长或者增大纸板厚度等优化改进方案来提高纸箱的承载能力，为生产提供了一些有价值的建议，避免了过度包装和欠包装的出现。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 课题研究背景与意义

1．2 蜂窝纸板简介

1．2．1 蜂窝纸板的发展史

1．2．2 蜂窝纸板的结构和生产工艺

1．2．3 蜂窝纸板的性能特点和应用领域

1．3 等效性研究的有限元法

1．3．1 有限元分析法概述

1．3．2 有限元分析软件的选取

1．4 国内外蜂窝纸板研究现状

1．5 研究内容与意义

1．5．1 研究内容

1．5．2 研究意义

2 材料与方法

2．1 实验仪器与材料

2．1．1 实验仪器

2．1．2 实验材料

2．2 蜂窝原纸物理性能测试

2．2．1 定量的测试

2．2．2 厚度的测试

2．2．3 耐破度的测试

2．2．4 弹性模量与屈服极限的测试

2．3 蜂窝纸板共面静态压缩测试

2．3．1 蜂窝纸板的制备

2．3．2 蜂窝纸板的静态压缩测试

2．4 基于ANSYS的蜂窝纸板有限元模拟分析

2．4．1 蜂窝纸板有限元模拟分析方法

2．4．2 蜂窝纸板实体模型的简化与建立

2．4．3 蜂窝纸板有限元模型的建立与模拟加载

2．4．4 非线性求解设置

2．4．5 结果后处理

2．5 蜂窝纸箱的设计及其抗压性能的模拟分析

2．5．1 蜂窝纸板箱的设计

2．5．2 蜂窝纸箱的空箱抗压模拟分析过程

3 结果与讨论

3．1 蜂窝纸板共面性能影响因素分析

3．1．1 蜂窝纸板共面压缩机理分析

3．1．2 原纸对蜂窝纸板共面性能的影响

3．1．3 蜂窝结构对蜂窝纸板共面性能的影响

3．2 蜂窝纸板有限元模拟分析

3．2．1 蜂窝纸板变形及破坏机制的分析

3．2．2 模拟原纸因素对蜂窝纸板共面性能的影响

3．2．3 模拟蜂窝结构因素对蜂窝纸板共面性能的影响

3．3 蜂窝纸箱有限元仿真分析

3．3．1 变形结果分析

3．3．2 应力结果分析

3．3．3 纸箱优化设计改进方案

4 结论

5 展望

参考文献

7 攻读硕士学位期间论文发表情况

致谢