啤酒瓶周转箱运输单元随机振动的有限元分析和试验验证

摘要

实际流通中，啤酒瓶在周转箱内处于散体状态，路面不平度激励产生的随机振动会使啤酒瓶摇晃和碰撞。目前，国内外学者对包装随机振动的研究主要采用的是基于模态的线性分析方法，忽略了非线性的影响。啤酒瓶周转箱随机振动属于接触非线性问题，本文应用非线性有限元方法对单元的振动特性进行了研究，并通过试验进行验证。　　本文首先对啤酒瓶和周转箱进行材料参数试验，并对包装单元进行两种堆码层数(单层和双层)、两种激励谱型(限带白噪声谱和修正的ASTM卡车谱)和三种振动等级的随机振动试验，得到其响应的加速度-时间曲线和加速度功率谱密度。然后利用ANSYS/LS-DYNA非线性软件对包装单元进行有限元分析，得到啤酒瓶和周转箱的时域、频域曲线、等效应力的云图和功率谱密度。最后将有限元结果和试验结果进行比较，一致性较好。　　啤酒瓶周转箱运输单元随机振动的试验和有限元分析表明：上层啤酒瓶主要受低阶共振频率的控制，下层啤酒瓶主要受高阶共振频率的控制。不同位置的啤酒瓶加速度响应不同，靠近箱子中央响应较大，靠近箱子角落响应较小。啤酒瓶的加速度在-1g处有明显的持续过程，表明啤酒瓶振动过程发生跳起，包装单元具有明显的非线性特征。有限元等效应力云图表明啤酒瓶的应力主要集中在瓶底和瓶肩的位置，周转箱底部应力比较明显。本文应用的非线性有限元分析方法为研究散体包装的振动问题提供了一种有效的工具。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 啤酒瓶和周转箱的研究现状

1.2.2 运输包装随机振动理论的研究现状

1.2.3 运输包装随机振动有限元的研究现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 本章小结

第2章 啤酒瓶周转箱运输单元试验设计

2.1 材料物理参数测量

2.1.1 试验材料与仪器设备

2.1.2 试样准备与试验方案

2.2 材料参数试验数据处理

2.2.1 啤酒瓶和周转箱质量

2.2.2 啤酒瓶和周转箱厚度

2.2.3 周转箱材料参数

2.2.4 啤酒瓶和振动台材料参数

2.3随机振动试验设计

2.3.1 试验仪器

2.3.2 试验参数

2.3.3 试验操作

2.4 随机振动试验数据处理

（1）加速度 -时间曲线

（2）加速度功率谱密度

2.5 本章小结

第3章啤酒瓶周转箱运输单元随机振动试验

3.1 引言

3.2 单层随机振动试验分析

3.2.1 时域分析结果讨论

3.2.2 频域分析结果讨论

3.3 双层随机振动试验分析

3.3.1 时域分析结果讨论

3.3.2 频域分析结果讨论

3.4 本章小结

第4章啤酒瓶周转箱运输单元随机振动有限元分析

4.1 引言

4.2 ANSYS/LS-DYNA软件介绍

4.2.1 LS-DYNA理论基础

4.2.2 显示积分法介绍

4.2.3 ANSYS/LS-DYNA分析流程

4.3随机振动有限元分析

4.3.1 建立有限元模型

4.3.2 选择单元类型

4.3.3 定义材料参数

4.3.4 划分网格与创建Part

4.3.5 设定接触参数

4.3.6 设置约束和载荷

4.3.7 设置输出选项

4.4 本章小结

第5章 运输单元随机振动有限元与试验结果对比

5.1 引言

5.2 单层随机振动有限元与试验结果对比

5.2.1 时域分析结果讨论

5.2.2 频域分析结果讨论

5.3 双层随机振动有限元与试验结果对比

5.3.1 时域分析结果讨论

5.3.2 频域分析结果讨论

5.4 运输单元等效应力分析

5.4.1 单层堆码包装单元

5.4.2 双层堆码包装单元

5.5 本章小结

第6章 总结

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

附录

致谢