蜂窝纸板缓冲机理及其动态缓冲特性研究

摘要

蜂窝纸板是一种具有规则六边形结构的环保型包装材料,以其环保、结构新颖、成本低、弹性好、缓冲性能优良等特点,得到广泛应用。　　在实际应用中,蜂窝纸板存在侧压强度低、初始缓冲性能差、不易折叠等缺陷,究其原因主要在于其正六边形的蜂窝芯结构。为此,本文拟采用一种准菱形芯子结构制备蜂窝纸板,以期达到改善其缓冲性能的目的。　　在分析蜂窝纸板耗能机理的基础上,针对蜂窝胞元封闭气囊的缓冲作用进行了探讨。利用静态压缩实验方法,对比分析了开槽和未开槽正六边形蜂窝芯的缓冲性能,实验结果表明:蜂窝胞元封闭气囊遭到破坏后,蜂窝纸板弹塑性阶段的应力会变小。　　为了探讨蜂窝芯子构型对纸板静态缓冲性能的影响,利用ANSYS有限元软件分别对准菱形和正六边形的单个蜂窝芯进行屈曲分析,并与静态压缩实验结果进行对比分析,结果表明:当量密度相同时,准菱形蜂窝芯的屈曲载荷小于正六边形蜂窝芯的屈曲载荷,仿真结果和实验结果均满足这个结论;当蜂窝芯结构是准菱形时,随着准菱形蜂窝芯单层壁板边长变小,仿真和静态压缩实验所得的屈曲临界载荷均变大;蜂窝纸板的应力-应变曲线表明:当量密度相同时,准菱形蜂窝纸板的各个阶段的应力均小于正六边形蜂窝纸板;当蜂窝芯结构是准菱形时,蜂窝芯单层壁板边长越小,准菱形蜂窝纸板各个阶段的应力越大。　　在论证准菱形结构可行性的基础上,利用缓冲材料动态压缩实验方法,对准菱形和正六边形蜂窝纸板的动态缓冲性能做进一步的研究,获得了动态缓冲曲线的经验公式,分析了跌落高度、厚度及蜂窝芯规格对蜂窝纸板动态缓冲特性的影响,结果表明:当满足耗材和工况相同时,准菱形蜂窝纸板的动态缓冲性能优于正六边形蜂窝纸板。　　在证明准菱形蜂窝纸板的动态缓冲性能优于正六边形蜂窝纸板的基础上,对三种不同规格准菱形蜂窝纸板的动态缓冲性能做进一步研究,获得了动态缓冲曲线及其经验公式,然而准菱形蜂窝纸板峰值加速度-静应力曲线不能直观表示蜂窝纸板的吸能量。为此,本文借助经验公式和少量数据构建准菱形蜂窝纸板的动态能量吸收曲线图,结果表明:动态能量吸收曲线可以直观显示准菱形蜂窝纸板吸收能量和相对应的应力。　　所取得的研究成果为蜂窝纸板包装材料的深入研究和推广应用奠定了基础。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究的主要内容和目的

第二章 蜂窝纸板的缓冲机理研究

2.1 蜂窝纸板的缓冲机理

2.2 静态压缩实验

2.3 结论

2.4 本章小结

第三章 蜂窝芯的屈曲仿真分析

3.1 蜂窝原纸物理性能

3.2 蜂窝原纸的弹性模量和泊松比

3.3 准菱形和正六边形蜂窝芯边长的关系

3.4 单个蜂窝芯的屈曲仿真分析

3.5 本章小结

第四章 蜂窝纸板静态压缩实验研究

4.1 蜂窝纸板试样制备

4.2 准菱形蜂窝纸板静态压缩实验研究

4.3 本章小结

第五章 蜂窝纸板的动态冲击特性研究

5.1 包装件的冲击分析

5.2 蜂窝纸板动态冲击实验

5.3本章小结

第六章 准菱形蜂窝纸板动态能量吸收特性研究

6.1 准菱形蜂窝纸板动态压缩理论

6.2 准菱形蜂窝纸板动态压缩实验

6.3 准菱形蜂窝纸板动态能量吸收特性

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

附 录1

致谢