本文關(guān)鍵詞：基于MapleSim的包裝動力學仿真模型與方法研究

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【摘要】：隨著越來越多的緩沖材料被應用于包裝之中,產(chǎn)品的包裝性能越來越好,但是如何選擇最合適的緩沖材料一直是廠家和研究人員關(guān)心的問題,因此任何物流運輸包裝設(shè)計在正式生產(chǎn)前都必須進行測試試驗以檢測其緩沖性能。目前的測試方法包括傳統(tǒng)實驗室試驗法及基于有限元算法的包裝CAE(Computer Aided Engineering)方法,前者因測試精度高,數(shù)據(jù)可靠而成為目前主流的測試方法,但其素有可能破壞受試產(chǎn)品、效率低下、測試成本高等缺點;后者作為隨著計算機科學而發(fā)展起來的一種新方法,具有可重復性強、成本低等優(yōu)勢,但同時又面臨操作復雜、仿真精度不高、不易推廣等不足而被人詬病�？墒�,不論是傳統(tǒng)實驗室試驗法還是包裝CAE仿真法,各有利弊,如何將兩者有效地結(jié)合起來,取長補短,是一項非常有意義的研究課題,因此,本論文以如何更好的進行緩沖性能測試為目標,在前期國內(nèi)外學者研究的基礎(chǔ)之上,引入基于數(shù)值-符號運算的MapleSim仿真方法,采用理論計算,實驗室試驗及仿真模擬相結(jié)合的測試方法,從深度上探索表征緩沖包裝材料非線性特性的更為精確的理論,從廣度上拓展包裝件緩沖性能的混合測試法。首先對動態(tài)緩沖理論進行了梳理歸納,提出了線性和非線性特性下緩沖材料對于沖擊的不同響應,在傳統(tǒng)的等效跌落理論基礎(chǔ)上,推導出阻尼等效跌落理論,為以后進行基于MapleSim的仿真和常見緩沖材料EPE非線性特性仿真奠定基礎(chǔ)。其次從自由跌落模型入手,根據(jù)自由跌落理論選擇質(zhì)量塊-彈簧等組件構(gòu)建模型,得到仿真結(jié)果,并運用能量守恒理論對仿真結(jié)果進行驗證。通過EPE的動態(tài)壓縮試驗和沖擊跌落試驗,根據(jù)等效跌落理論和實驗數(shù)據(jù),匹配得到阻尼比,從而確定仿真模型中組件的參數(shù),利用MapleSim進行仿真,并且將實驗結(jié)果與仿真結(jié)果進行對比驗證,從而確定基于MapleSim的包裝動力學模型仿真的可行性。最后,在跌落沖擊模型仿真的基礎(chǔ)上,通過創(chuàng)建自定義元件,并且創(chuàng)建關(guān)鍵自定義元件的控制方程,從而實現(xiàn)更加復雜的仿真,論文先進行了對于線性無阻尼緩沖材料的仿真,通過輸入信號確定材料的彈簧剛度系數(shù),進而實現(xiàn)對于線性無阻尼緩沖材料的仿真。鑒于前面進行可行性確定階段,進行仿真數(shù)據(jù)計算時需要用兩種實驗數(shù)據(jù)的不足,此處探尋了基于材料應力-應變曲線的更為高效的仿真方法。論文選用EPE的沖擊跌落試驗為例,得出EPE的應力-應變曲線,并將其轉(zhuǎn)化為MapleSim關(guān)鍵自定義組件的控制方程的有關(guān)參數(shù),進而實現(xiàn)對于緩沖性能的仿真,最終建立基于MapleSim的更為實用的緩沖材料仿真方法。研究結(jié)果表明將試驗與包裝CAE相結(jié)合的混合測試方法能夠進一步提高測試精度,同時基于MapleSim的包裝動力學模型仿真也為運輸包裝緩沖性能測試提供一條嶄新的仿真思路。
【關(guān)鍵詞】：仿真方法 MapleSim 沖擊 非線性特性
【學位授予單位】：曲阜師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB48
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-13
• 1.1 引言8-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 研究內(nèi)容12-13
• 第2章 沖擊動力學理論13-22
• 2.1 動態(tài)緩沖理論13-15
• 2.1.1 包裝件的模型化13-14
• 2.1.2 動態(tài)緩沖理論14-15
• 2.2 單自由度跌落沖擊15-17
• 2.2.1 無阻尼包裝件的跌落沖擊15-16
• 2.2.2 有阻尼包裝件的跌落沖擊16-17
• 2.2.3 非線性包裝件的跌落沖擊17
• 2.3 等效跌落理論17-21
• 2.3.1 傳統(tǒng)等效跌落理論17-19
• 2.3.2 阻尼等效跌落理論19-21
• 2.4 小結(jié)21-22
• 第3章 基于MapleSim的跌落沖擊仿真22-32
• 3.1 MapleSim簡介22-25
• 3.1.1 MapleSim用戶界面22-23
• 3.1.2 MapleSim仿真思路23
• 3.1.3 MapleSim常用組件與連接23-25
• 3.2 自由跌落在MapleSim中的仿真25-27
• 3.2.1 自由跌落在MapleSim中仿真模型構(gòu)建與參數(shù)設(shè)定25-26
• 3.2.2 自由跌落仿真的理論驗證26-27
• 3.3 沖擊跌落在MapleSim中的仿真27-31
• 3.3.1 基于MapleSim的沖擊跌落仿真模型的構(gòu)建27-28
• 3.3.2 EPE仿真參數(shù)求解28-30
• 3.3.3 EPE仿真結(jié)果30-31
• 3.4 小結(jié)31-32
• 第4章 基于EPE沖擊試驗的MapleSim仿真32-47
• 4.1 發(fā)泡聚乙烯及其特性32
• 4.2 EPE材料的跌落沖擊試驗32-35
• 4.2.1 EPE沖擊跌落試驗32-33
• 4.2.2 試驗結(jié)果分析33-35
• 4.3 線性無阻尼條件下EPE材料的MapleSim仿真模型初探35-38
• 4.3.1 線性無阻尼條件下EPE材料控制方程的構(gòu)建35-37
• 4.3.2 EPE材料在沖擊跌落模式下的MapleSim中仿真模型37-38
• 4.4 EPE材料的跌落沖擊本構(gòu)模型的構(gòu)建38-40
• 4.5 線性有阻尼條件下EPE材料MapleSim仿真模型的構(gòu)建40-46
• 4.5.1 發(fā)泡聚乙烯緩沖材料VD model控制方程的構(gòu)建41-43
• 4.5.2 發(fā)泡聚乙烯緩沖材料ND model控制方程的構(gòu)建43-44
• 4.5.3 仿真結(jié)果44-45
• 4.5.4 仿真與實驗結(jié)果對比45-46
• 4.6 小結(jié)46-47
• 第5章 結(jié)論47-49
• 參考文獻49-52
• 在讀期間發(fā)表的學術(shù)論文及研究成果52-53
• 致謝53

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本文編號：568438