海鸭蛋防震包装设备结构的有限元分析

龙燕燕 ,黄善厚

(1.广西英华国际职业学院 信息技术学院;2.广西英华国际职业学院教学科研处,广西 钦州 535000)

海鸭蛋防震包装设备结构的有限元分析

龙燕燕1,黄善厚2

(1.广西英华国际职业学院 信息技术学院;2.广西英华国际职业学院教学科研处,广西 钦州 535000)

根据广西北部湾鸭蛋的销售情况,营销海鸭蛋需要更好的外观、包装需求和防震性能,以保证产品在运输过程中的质量.为此进行调查,对海鸭蛋防震缓冲包装进行了一系列可行性研究.目前,对海鸭蛋包装结构设计、运输方式和运输距离提出了更高的要求.分析了广西北部湾鸭蛋包装结构的抗冲击性能,从有限元的角度分析了海鸭蛋的包装结构,提出了缓冲包装设计的方案.

海鸭蛋;包装结构;有限元

目前,由于鸭蛋市场的不同,普通鸭蛋包装结构主要由纸浆、托盘或纸箱制成.纸浆和蛋托盘的包装结构是直接通过瓦楞纸板设计蛋包装.所选瓦楞纸板通常由废纸制成,并安装在不同的成型机上.在整个生产过程中,不会因产生废气、废水、废物等外部因素,而造成环境破坏,并可以重复利用.然而,传统纸浆的结构缺陷、湿软变形等因素会大大降低鸭蛋包装结构的缓冲性能.所选框通常由蛋袋制成,如纸板加工、模切、折叠等生产工艺.包装结构设计简单,制造成本低.瓦楞纸板结构设计简洁、方便,具有良好的防震设计和缓冲性能.

1 防震性能分析及材料选择

海鸭蛋的包装设计具有良好的抗震性能和缓冲性能,机械强度高,阻尼性能好. 目前最广泛使用的是泡沫、干草和瓦楞纸板.瓦楞纸板最为常见,结构设计本身具有良好的缓冲性能和耐冲击性,结构轻,隔热性好,阻尼性能好,生产成本相对较低.

2 包装结构整体防震结构设计分析

海鸭蛋包装还需要设计一些特殊的缓冲结构,以确保外壳没有损坏.整个结构设计,必须更有效地减少对海鸭蛋的外部损伤,还需要更好的包装来修复海鸭蛋.为了保证海鸭蛋的整体抗震性能,缓冲设计要求如下:首先,缓冲保护性能要强,可以减少正常应力或缓冲以保护产品.第二,包装本身的设计需要轻便和可移动组装,根据货品的数量和大小进行灵活的组合和分解.第三,包装本身的设计具有一定的刚度要求,在长途运输过程中,保障运输的安全性.最后,包装设计应该足够稳定,以避免物流和运输中的损失.

在缓冲包装设计过程中,应考虑整体包装设计的经济效益.由于海鸭蛋本身的结构,应根据包装设计的要求,调配鸭蛋包装的数量.缓冲器的设计长度、宽度和高度为310mm、280mm和65mm.充分考虑海鸭蛋的大小和特性,采用折叠纸设计防震结构,可以很好的组合和堆叠.为了确保每个海鸭蛋的支撑面,每个面的设计有2个支撑点,可以减少海鸭蛋在运输过程中的震动.

3 结构单元形态及几何参数的描述

瓦楞纸板结构是三维薄壁复合结构,可用于包装系统中,以保护和携带包装产品的内容物. 整个结构可分为基本结构单元和固定保护结构单元.根据单位结构的几何特征,可以分为锥台、圆台、棱锥和台阶的4种基本类型.

4 结构单元屈曲行为与承载能力数值分析

通过ANSYS有限元分析软件分析了静载荷下结构构件的屈曲行为.单元及网格划分:有限元模型与网格划分情况见图1.

5 屈曲分析及计算结果

由于模型是薄壁结构,部分侧壁在塑性变形发生前并不稳定.为此,对瓦楞纸板结构进行了非线性屈曲分析.

(1)特征值屈曲分析.通过ansys的特征屈曲分析,瓦楞纸板制品结构单元的临界载荷为0.064MPa.其屈

图1 有限元模型

曲后一阶模态形状情况见图2.

图2 结构单元屈曲后的模态形状

(2)非线性屈曲分析结果.非线性屈曲分析更符合实际的屈曲结构.

图3 结构单元载荷-位移曲线

6 瓦楞纸板结构单元厚度变化对承载能力的影响

选取5种不同壁厚结构单元,研究厚度变化对其承载能力和缓冲性能的影响.计算结果见表1,图4为结构单元承载能力随厚度变化的曲线.

表1 壁厚变化时结构单元的承载能力情况

临界载荷 / MPa 0.033 0.058 0.088 0.155 0.205 0.253

图4 临界载荷-壁厚曲线

7 结语

结构构件的变形随厚度的增加而减小,结构的变形程度决定了缓冲体的吸收能力.在外力一定的条件下,能量缓冲器的吸收力与结构变形成正比,缓冲器性能越强,防震效果越好.随着结构元件的厚度增加,缓冲效果会有所降低.

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TB484.1

A

1671-0711(2017)11(下)-0210-02

2016年度广西高校中青年教师基础能力提升项目:quot;广西北部湾海鸭蛋包装结构防震性能及其可行性研究quot;(KY2016YB889).