具有杆式易损件的包装系统动力学特性研究

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1、分类号密级硕士学位论文题目：具有杆式易损件的包装系统动力学特性研究英文并列题目：TheDynamicalCharacteristicsofPackagingSys--temwithBarTypeCriticalComponents研究生：郝蒙专业：包装工程研究方向：运输包装导师：陈安军教授指导小组成员：学位授予日期：答辩委员会主席：张新昌江南大学地址：无锡市蠡湖大道1800号二○一五年六月摘要摘要经济全球化背景下，商品流通距离更远、经历环境更加复杂，对产品缓冲包装要求更高。产品不同，材料、结构等特性不同，缓冲包装的要求不同。而缓冲包装设计的理论基础是包装系统的力学模型、环境特点、材

2、料力学特性、系统动力学特性和破损评价方法。目前，缓冲包装动力学研究主要集中在“脆性”产品包装系统简化而来的质量-弹簧系统，对考虑粘弹性特性的产品包装系统研究较少。本文研究对象为具有弹性杆易损件的包装系统，建立系统的力学模型，研究系统动力学特性，分析弹性易损件破损机理，建立系统跌落破损评价理论。首先，针对具有弹性杆易损件的包装系统，建立弹性体-刚体力学模型，分别利用有限单元法和经典力学理论建立系统的动力学方程。其次，考虑系统方程的复杂性，解析解难以获得。利用有限单元法和有限差分法，设计系统动力学方程的数值求解方法。分析具有不同类型易损件的线性系统自振特点，探究耦合作用和集中质量大小对

3、系统自振的影响。第三，研究三次非线性系统，在跌落冲击下动力学响应特性。建立系统跌落冲击动力学模型和运动方程，基于有限单元法、有限差分法和龙格-库塔法分析产品易损件跌落冲击位移、加速度和内应力响应分布特点。分析了耦合作用、集中质量大小和主体频率对系统响应的影响规律。结果表明，易损件绝对位移沿长度方向分布不明显，而相对位移沿长度方向变化明显；悬臂梁类易损件最大加速度出现在自由端，而最大内应力发生在根部，简支梁类易损件最大加速度和内应力均位于中点位置；易损件的结构不同，主体和易损件之间耦合作用、集中质量大小和主体频率，对易损件和主体的动力响应的影响也不相同。对比发现，两种数值求解方法对具

4、有杆式易损件的包装系统，具有很好的准确度和适应性；且有限单元法的精度和求解效率更高。结论对产品结构设计具有重要启示意义。最后，研究系统的跌落破损评价。考虑弹性杆的材料和结构特点，提出有别于传统“脆值”理论的破损评价指标，建立破损评价方程，得到系统跌落冲击破损边界曲线。分析了集中质量大小、主体频率和不同破损率对系统安全区域的影响，可为此类产品缓冲包装设计提供依据和手段。关键词：悬臂梁简支梁易损件有限单元有限差分包装系统冲击特性破损边界IAbstractAbstractIntheageofeconomicglobalization,goodsaretransportedfatheran

5、dexperiencecomplexenvironment,whichneedsprotectivepackagingsafer.Butdifferentproductscallforvariouspackages,becausetheyhavedifferentmaterials,structuresandfeatures.Howtodesignpackageseffectivelyandefficientlyisveryimportant.Thetheoreticalfoundationsofcushioningdesignarethemechanicalmodelsanddy

6、namiccharacteristicsofpackagingsystems,environmentsanalysis,mechanicalpropertiesofmaterialsanddamageevaluationtheories.Currently,thedynamicsresearchofcushionpackagingmainlyfocusedonmass-springsystemssimplifiedfrompackagingsystemsofbrittleproducts.Howeverthestudyofpackagingsystemsofproductswith

7、viscoelasticpropertieswasrarelytosee.Inthispaper,themechanicalmodelswereproposedbyusingpackagingsystemswithelasticbartypecriticalcomponentsasresearchobjects.Andthedynamiccharacteristicsandrelativedamageevaluationtheorywereinvestigated.F