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文檔簡介
1、包裝動力學復習一、概念防護包裝:以實現(xiàn)防護功能為主要目的的包裝稱之為防護包裝。防護包裝主要研究產(chǎn)品特性、流通環(huán)境、產(chǎn)品損壞的形式與機理以及防止產(chǎn)品損壞的條件與方法。緩沖包裝:主要研究在流通過程中引起包裝件損壞的各種危害,研究造成這些危害的多種因素和將損壞減少到最低程度所應采取的技術或管理手段。其理論基礎是包裝動力學。包裝件:通常由外包裝、緩沖保護介質(zhì)和內(nèi)裝產(chǎn)品三個部分組成。流通環(huán)境:包裝件在運輸流通過程中所接觸的一切外部因素統(tǒng)稱流通環(huán)境。包裝動力學是分析研究流通過程中的機械沖擊與振動在商品上產(chǎn)生的響應和采取相應包裝措施的一門科學。研究對象是商品的緩沖防振包裝。分析內(nèi)裝產(chǎn)品在振動與沖擊環(huán)境激勵下
2、破損的原因,并在經(jīng)濟的前提下提出防止內(nèi)裝產(chǎn)品破損的條件,其任務是為緩沖包裝設計提供理論依據(jù)。振動:是物體在其平衡位置附近所做的來回往復運動,描述最基本參數(shù)是頻率和加速度。沖擊:指在短暫而強烈的動態(tài)力作用下,速度或能量在極短的時間內(nèi)產(chǎn)生突然的變化。振動與沖擊是同一類問題,其區(qū)別在于激勵的持續(xù)時間。振動是長時間的持續(xù)激勵引起的,而沖擊是短暫的瞬態(tài)激勵造成的。自由振動:系統(tǒng)只受到初干擾或外界激擾取消后,系統(tǒng)僅在彈性恢復力作用下產(chǎn)生的振動。強迫振動:系統(tǒng)在外界激擾力持續(xù)作用下產(chǎn)生的振動。共振:當激振頻率接近或與系統(tǒng)固有頻率一致時所產(chǎn)生的系統(tǒng)響應加速度趨于無窮大的現(xiàn)象稱為共振。線性振動系統(tǒng):由剛性物塊(
3、質(zhì)量塊)、線性彈簧和線性阻尼組成的振動系統(tǒng)。振動是由振源向振動系統(tǒng)輸入信號,系統(tǒng)所作的響應。激勵(振源):促使物體振動的各種外因。:阻尼:阻礙物體振動的因素,如空氣的阻力,材料的內(nèi)阻,物體之間的摩擦等。固有頻率:系統(tǒng)在每秒內(nèi)振動的次數(shù)稱為固有頻率,它與系統(tǒng)的質(zhì)量和彈簧系數(shù)有關,與運動的初始條件無關。固有圓頻率:系統(tǒng)在2n秒內(nèi)振動的次數(shù)稱為固有圓頻率。振動周期:物體每振動一次所需的時間。固有頻率和固有園頻率只與系統(tǒng)的質(zhì)量及彈性系數(shù)有關,與運動的初始條件無關,是系統(tǒng)自身的固有特性。T二丄二竺二2叭冋.=:IfVkm包裝件的沖擊主要發(fā)生在裝卸作業(yè)和運輸過程中,主要表現(xiàn)為垂直跌落和水平碰撞沖擊。在分析
4、包裝件的跌落沖擊的過程中,沖擊持續(xù)時間和產(chǎn)品響應加速度是包,裝動力學沖擊理論中的兩個重要參數(shù)。脈沖波形、脈沖峰值和沖擊持續(xù)時間稱為脈沖三要素。產(chǎn)品脆值:產(chǎn)品不發(fā)生物理損傷或功能失效所能承受的最大加速度。物理損傷:指產(chǎn)品破裂、松動等物理變化。功能失效:指產(chǎn)品喪失了部分或全部的使用功能。許用脆值:根據(jù)產(chǎn)品的脆值,考慮到產(chǎn)品的價值、強度偏差、重要程度等而規(guī)定的產(chǎn)品和許用最大加速度。產(chǎn)品破損:指產(chǎn)品物理的或功能的損傷,喪失了合格產(chǎn)品質(zhì)量指標。破損是由于產(chǎn)品受到激烈的振動與沖擊而造成的。根據(jù)損壞的性質(zhì)和程度的不同,可分為三種:失效:又叫嚴重破損,指產(chǎn)品喪失功能不可恢復。失靈:也叫輕微破損,指產(chǎn)品功能雖喪
5、失,但可恢復。商業(yè)性破損:主要指產(chǎn)品外觀有破損。產(chǎn)品的破損既與其振動特性有關,又與其強度特性有關,其振動特性和強度特性決定了它抵抗振動與沖擊的能力。產(chǎn)品破損的條件與最大沖擊響應加速度、速度的變化值和沖擊持續(xù)時間有關。沖擊譜:是易損件的最大響應加速度與脈沖時間之間的函數(shù)關系。它集中的反映了易損件的最大響應加速度與脈沖三要素(波形、峰值、持續(xù)時間)及其自身振動特性之間的關系。破損邊界理論:采用產(chǎn)品加速度值來描述易損件的破損條件的理論就是破損邊界理論。破損邊界曲線:是用沖擊激勵加速度來反映產(chǎn)品抵抗脈沖激勵的能力,以沖擊激勵加速度為縱坐標,沖擊激勵速度變化量為橫坐標得到的曲線全面緩沖:指包裝容器內(nèi)所剩
6、余的空間全部被緩沖材料填充固定,對產(chǎn)品周圍進行全面保護的方法。局部緩沖:對被包裝產(chǎn)品或內(nèi)裝物的拐角、棱及側(cè)面進行襯墊緩沖的方法。懸浮緩沖包裝法:是用彈簧把產(chǎn)品懸吊在包裝容器內(nèi)的方法。緩沖系數(shù):襯墊所受最大應力與襯墊的彈性比能之間的比值就是緩沖系數(shù)。反映了材料緩沖效率的高低,也就是單位體積緩沖材料吸收變形能越多,傳遞到產(chǎn)品上的沖擊能量就越少。緩沖效率:單位厚度緩沖材料吸收的變形能與壓力之比就是緩沖效率。二、簡答題簡述包裝動力學研究的主要內(nèi)容包裝動力學是研究系統(tǒng)動態(tài)行為的學科。包括:1、已知振源和系統(tǒng)動態(tài)特性,求系統(tǒng)響應;2、已知系統(tǒng)動態(tài)特性和響應求系統(tǒng)輸入;3、已知系統(tǒng)的輸入和輸出來確定系統(tǒng)動態(tài)
7、特性(模態(tài)分析,系統(tǒng)識別)。簡述緩沖材料的力學特性有哪些材料在外力的作用下產(chǎn)生變形,當外力去除后材料的變形能完全恢復,這種性質(zhì)稱為彈性分為線性和非線性兩類。在受到振動與沖擊時,材料內(nèi)部會產(chǎn)生與運動方向相反的阻力,這種阻力稱為材料的內(nèi)阻材料在外力的作用下發(fā)生變形,當作用的外力超過材料的彈性極限時,材料就出現(xiàn)永久變形,這種性質(zhì)稱為塑性。材料的抗拉強度和伸長率很低,這就是材料和脆性。在保持一定的靜壓狀態(tài)下,材料的變形隨時間的增加而逐漸增大的現(xiàn)象稱為材料的蠕變。在靜態(tài)外力作用下,在恒定溫度和形變保持不變的情況下,材料內(nèi)部的應力隨時間增加而逐漸衰減的現(xiàn)象稱為材料的應力松馳。簡述緩沖材料的疊置(串聯(lián))和并
8、列(并聯(lián))的等效彈性系數(shù)計算方法。疊置(串聯(lián))簡述緩沖包裝的形式有哪幾種?其特點分別是什么?全面緩沖:指包裝容器內(nèi)所剩余的空間全部被緩沖材料填充固定,對產(chǎn)品周圍進行全面保護的方法。其特點是緩沖材料與產(chǎn)品接觸面大,能吸收較大的沖擊能,適用于小批量產(chǎn)品的包裝。局部緩沖:對被包裝產(chǎn)品或內(nèi)裝物的拐角、棱及側(cè)面進行襯墊緩沖的方法。其特點是用最少的緩沖材料取得最好的緩沖效果,適用于成批大量產(chǎn)品的包裝。懸浮式緩沖包裝:是用彈簧把產(chǎn)品懸吊在包裝容器中。其特點是產(chǎn)品各方面都能得到緩沖保護,適用于精密、脆弱產(chǎn)品的包裝。包裝件流通的基本環(huán)節(jié)有哪些?分別對運輸包裝件造成損傷的主要原因有哪些?三個基本環(huán)節(jié)包括裝卸搬運環(huán)
9、節(jié)、運輸環(huán)節(jié)、貯存環(huán)節(jié)裝卸過程:主要有拋擲、堆垛倒塌、起吊脫落、裝卸機械的突然啟動劃過急升降運輸過程:運輸工具的啟動、變速、轉(zhuǎn)向、剎車,公路路面狀況、鐵路路軌接縫,氣候影響等貯存過程:堆碼高度、時間、環(huán)境、溫濕度等自由度系統(tǒng)的自由振動和強迫振動有什么區(qū)別?第一、所受振源不同:自由振動為外部單一激擾力,強迫振動為外部周期性激擾力;第二、產(chǎn)生頻率不同:自由振動是本身固有的頻率,強迫振動是與激擾頻率一致;第三、響應情況不同:自由振動隨頻率進行振動,如果有阻尼則進行衰減振動,而強迫振動如果受到的激擾是穩(wěn)定周期的,則得到一個穩(wěn)態(tài)的響應,而且受到某種頻率的振動時會產(chǎn)生共振。分析單自由度系統(tǒng)有阻尼強迫振動的
10、幅頻曲線規(guī)律,并說明在防振包裝中的應用當入=0時,p=1,即各條PA曲線有共同的起點。當入=時,又有?=1,即各條B入曲線相交于這個公共點。在0入這個區(qū)間內(nèi),p1,且PA曲線有最大值。當入接近于1時,系統(tǒng)會產(chǎn)生強烈的振動,這種現(xiàn)象稱為共振。當入時,放大系數(shù)小于1,并逐漸趨近于0,即激振頻率越高系統(tǒng)響應振幅越小。根據(jù)幅頻曲線的規(guī)律可以計算出產(chǎn)品易損部件對外部激振的響應,從而判斷其能否會破損,并由此改進緩沖襯墊系統(tǒng),使易損部件的響應控制在其能承受的范圍內(nèi),起到保護產(chǎn)品的目的。產(chǎn)品脆值測試的方法有哪幾種?有碰撞機試驗法、自由跌落試驗法和經(jīng)驗估算法緩沖系數(shù)曲線測試的方法有哪些?它們之間有什么關系?有靜
11、態(tài)壓縮試驗法和動態(tài)壓縮試驗法。=GcmstcGWGhm=m=mfemcdeAH0影響緩沖性能的因素有哪些?有溫度的影響、壓縮速度的影響、預處理的影響。緩沖包裝設計的五步設計法是什么。第一步確定流通環(huán)境的動力學指標;第二步分析產(chǎn)品特性,確定產(chǎn)品脆值;第三步緩沖材料的選擇與襯墊用量設計;第四步設計并制造包裝樣品;第五步對包裝件樣品進行實驗。三、計算題一包裝件中,產(chǎn)品質(zhì)量m=8kg,產(chǎn)品脆值G=45,襯墊面積A=554cm2,襯墊厚度h=5.87cm,襯墊材料為p=0.152g/cm3的泡沫聚氨酯,其曲線如圖,該包裝件自H=40cm處跌落,試問內(nèi)裝產(chǎn)品落地后是否安全?解:材料的c值與值必須滿足下式:
12、AhGWHm554x5.87x10-6G8x9.8x0.4=104bmbCHh4x405.87=27.26m產(chǎn)品質(zhì)量m=10kg,產(chǎn)品脆值G=60,設計跌落高度H=80cm,選用P=0.014g/cm3的泡沫聚苯乙烯(見圖1)對產(chǎn)品作局部緩沖,試計算襯墊厚度與面積。式中的單位取MPa。由于采用對數(shù)坐標,在右圖上直線C=104m被變換成了曲線,此曲線與C-bm曲線的交點坐標:C=4,bm=0.04MPa,故產(chǎn)品最大加速度為mm解:這種緩沖材料是圖中的曲線1,其最低點的坐標:C=3.7,=260kPa=26N/cm2緩沖襯墊的厚度為h二CH二3.7x80二4.93G60GW60 x98產(chǎn)品重力W=
13、98N,緩沖襯墊的面積為A=*=226b26m對襯墊的穩(wěn)定校核:G.33h)2=G.33x4.93匕=43A被分為四塊,A.=56.5(cm2)。顯然,(1.33h)2,所以上面計算的襯墊面積與厚度是可取的:。4泡沫聚苯乙烯0.014巖綿1500.068(11)0.420.020巖綿2000.088(泡沫橡膠0.033泡沫聚氨酯0.03(13)刨花0.07泡沫聚乙烯0.035泡沫聚氨醚0.03(泡沫聚苯乙烯碎屑0.08巖綿1000.050泡沫聚氯乙烯0.31(15)塑料刨花0.087圖1各種常用緩沖材料的曲線產(chǎn)品質(zhì)量m=15kg,產(chǎn)品脆值G=60,底面面積為40cmx40cm。設計跌落高度H=
14、80cm,采用全面緩沖,試按最低點原則選擇緩沖材料,并計算襯墊厚度。如規(guī)定用圖1中P=0.035(g/cm3)的泡沫聚乙烯作緩沖材料,試計算襯墊厚度。解:作全面緩沖時,襯墊面積等于產(chǎn)品面積,即A=1600cm2。襯墊最大應力為b=GW=60 x15x9.8=5.5C/cm2)=55(KPa)mA1600在圖1的橫軸上取bm=55kPa的點,并向上作垂線,C-bm曲線最低點在這條垂線上的材料為泡沫聚氯乙烯碎屑,其密度為0.08g/cm3,C=6,故襯墊厚度為h=CHG80=6x一60如果規(guī)定用P=0.035(g/cm3)的泡沫聚乙烯作緩沖材料,則在圖1的橫軸上取=55(kPa)的點,并向上作垂線與曲線相交,該交點的縱坐標C=10.5就是所要求的緩沖系數(shù),故襯墊厚度為h=C-=10.5x80=14G60計算結(jié)果表明,本例用0.035(g/cm3)的泡沫聚苯乙烯也可以作面緩沖,只是厚度太大,不經(jīng)濟。原因是對于這個產(chǎn)品,這種材料太硬了。產(chǎn)品質(zhì)量m=7.5kg,產(chǎn)品脆值G=20,產(chǎn)品底面積A=35cmx35cm,設計跌落高度H=120cm,試選擇緩沖材料,并計算襯墊尺寸。解(1)局部緩沖方案選用p=0.0
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