第三章-沖擊理論基礎(chǔ)

《包裝動力學》目錄單擊此處添加文字內(nèi)容1緒論單擊此處添加文字內(nèi)容2振動理論基礎(chǔ)單擊此處添加文字內(nèi)容3沖擊理論基礎(chǔ)單擊此處添加文字內(nèi)容4材料緩沖特性曲線單擊此處添加文字內(nèi)容5緩沖包裝的設(shè)計方法沖擊理論基礎(chǔ)第三章3123包裝件跌落沖擊問題的研究方法產(chǎn)品對跌落沖擊的響應(yīng)跌落沖擊的沖擊譜與產(chǎn)品破損邊界曲線第三章沖擊理論基礎(chǔ)第二章

4產(chǎn)品脆值理論56

7包裝件跌落沖擊的強度條件產(chǎn)品脆值測試國內(nèi)外的一些產(chǎn)品脆值標準第三章沖擊理論基礎(chǔ)第三章第三章沖擊理論基礎(chǔ)設(shè)包裝件從高度H處跌落，見圖3-1。包裝件落地后，地板通過緩沖襯墊沖擊箱內(nèi)產(chǎn)品，產(chǎn)品又將這種沖擊傳遞給易損零件，使零件的運動狀態(tài)在極短的時間內(nèi)發(fā)生急劇的變化，因而產(chǎn)生很大的加速度。產(chǎn)品破損是從易損零件開始的。易損零件之所以破損，是因為它的最大加速度達到或者超過其極限值，所以，研究包裝件的跌落沖擊問題不能不分析易損零件的最大加速度。第一節(jié)包裝件跌落沖擊問題的研究方法9/19/20246第三章沖擊理論基礎(chǔ)①不計易損零件的質(zhì)量，只考慮產(chǎn)品襯墊系統(tǒng)，見圖3-2(b)，分析包裝件落地后地板對產(chǎn)品的沖擊，求解產(chǎn)品在跌落沖擊過程中的加速度時間函數(shù)。②只考慮零件系統(tǒng)，如圖3-2(c)，將地板對產(chǎn)品的沖擊視為對易損零件的激勵應(yīng)用正弦半波脈沖的沖擊譜公式計算易損零件的最大加速度。第一節(jié)包裝件跌落沖擊問題的研究方法9/19/20247第三章沖擊理論基礎(chǔ)一產(chǎn)品的跌落沖擊過程設(shè)包裝件自高度H處自由下落（圖3-3），不計各種阻力，產(chǎn)品落地時的速度為第二節(jié)產(chǎn)品對跌落沖擊的響應(yīng)9/19/20248第三章沖擊理論基礎(chǔ)一產(chǎn)品的跌落沖擊過程討論的跌落沖擊過程，、是產(chǎn)品在這個過程中的初速度和末速度，且則第二節(jié)產(chǎn)品對跌落沖擊的響應(yīng)9/19/20249第三章沖擊理論基礎(chǔ)二產(chǎn)品的位移-時間函數(shù)不考慮易損零件的影響，包裝件的力學模型如圖3-4所示，只考慮襯墊的彈性，不計系統(tǒng)的阻尼，并從產(chǎn)品落地后的平衡位置為原點向上取x軸。產(chǎn)品所受的力有襯墊的彈性力P和產(chǎn)品重量W，且第二節(jié)產(chǎn)品對跌落沖擊的響應(yīng)9/19/202410第三章沖擊理論基礎(chǔ)二產(chǎn)品的位移-時間函數(shù)式中，T為產(chǎn)品襯墊系統(tǒng)的固有周期；fn為產(chǎn)品襯墊系統(tǒng)的固有頻率，Hz。式（3-7）表明，跌落沖擊過程中的持續(xù)時間與產(chǎn)品襯墊系統(tǒng)的固有頻率成反比，固有頻率fn愈大，沖擊持續(xù)時間τ愈短。固有頻率fn是系統(tǒng)自身的固有特性，所以沖擊持續(xù)時間τ與跌落高度H無關(guān)。并取絕對值，就求得產(chǎn)品在跌落沖擊過程中的最大位移第二節(jié)產(chǎn)品對跌落沖擊的響應(yīng)9/19/202411第三章沖擊理論基礎(chǔ)三產(chǎn)品的加速度-時間函數(shù)將式（3-5）代入式（3-4），就得到產(chǎn)品速度隨時間的變化規(guī)律將再對t求導，就得到產(chǎn)品在跌落沖擊過程中的加度-時間函數(shù)于是求得產(chǎn)品在跌落沖擊過程中的最大加速度令得第二節(jié)產(chǎn)品對跌落沖擊的響應(yīng)9/19/202412第三章沖擊理論基礎(chǔ)四產(chǎn)品的速度改變量產(chǎn)品落地時初速度為產(chǎn)品在跌落沖擊過程中的速度改變量為產(chǎn)品速度與加速度的微分關(guān)系為則根據(jù)式（3-17）兩邊的物理和幾何意義，產(chǎn)品的速度改變量、脈沖峰值及脈沖持續(xù)時間的關(guān)系為第二節(jié)產(chǎn)品對跌落沖擊的響應(yīng)9/19/202413第三章沖擊理論基礎(chǔ)一跌落沖擊的沖擊譜以易損零件固有周期Ts為基準度量產(chǎn)品沖擊持續(xù)時間τ的長短，用r表示，即脈沖時間比第三節(jié)跌落沖擊的沖擊譜與產(chǎn)品破損邊界曲線9/19/202414第三章沖擊理論基礎(chǔ)一跌落沖擊的沖擊譜包裝件跌落沖擊時，易損零件的最大加速度與產(chǎn)品最大加速度的比值稱為易損零件系統(tǒng)的動力放大系數(shù)，用β表示，即理論研究證明，動力放大系數(shù)β是脈沖時間比r（或頻率比fsn/fn）的函數(shù)，即第三節(jié)跌落沖擊的沖擊譜與產(chǎn)品破損邊界曲線9/19/202415第三章沖擊理論基礎(chǔ)一跌落沖擊的沖擊譜第三節(jié)跌落沖擊的沖擊譜與產(chǎn)品破損邊界曲線9/19/202416第三章沖擊理論基礎(chǔ)二跌落沖擊的產(chǎn)品破損邊界曲線1.易損零件的極限加速度易損零件的破損有各種各樣的形式，如脆性斷裂、塑性變形、疲勞破壞、松動脫落、與其他零部件碰撞等。不論是哪一種形式，究其破損原因，都因為零件受力太大，達到或者超過它的強度指標。產(chǎn)品受到振動與沖擊時，作用在易損零件上的力主要是與其加速度成正比的慣性力，加速度愈大，慣性力也愈大。加速度大到一定程度時，慣性力恰好使易損零件破損，這個加速度就是零件的極限加速度，用ajx表示。ajx是零件的強度指標。產(chǎn)品種類繁多，結(jié)構(gòu)復雜，所以易損零件的極限加速度不是通過理論計算，而是通過實驗室測試確定的。第三節(jié)跌落沖擊的沖擊譜與產(chǎn)品破損邊界曲線9/19/202417第三章沖擊理論基礎(chǔ)二跌落沖擊的產(chǎn)品破損邊界曲線2.跌落沖擊的產(chǎn)品破損邊界曲線易損零件跌落沖擊時的最大加速度可表達為產(chǎn)品破損是從易損零件開始的。易損零件之所以破損，是因為它的最大加速度達到或者超過其極限值ajx將式（3-22）代入式（3-23），就得到用產(chǎn)品最大加速度表達的易損零件的破損條件為第三節(jié)跌落沖擊的沖擊譜與產(chǎn)品破損邊界曲線9/19/202418第三章沖擊理論基礎(chǔ)二跌落沖擊的產(chǎn)品破損邊界曲線根據(jù)式（3-18），產(chǎn)品跌落沖擊時的速度改變量為將式（3-24）代入式（3-25），就得到使零件破損的產(chǎn)品速度改變量在式（3-24）與式（3-26）中取等號，并將兩式聯(lián)立。得第三節(jié)跌落沖擊的沖擊譜與產(chǎn)品破損邊界曲線9/19/202419第三章沖擊理論基礎(chǔ)二跌落沖擊的產(chǎn)品破損邊界曲線第三節(jié)跌落沖擊的沖擊譜與產(chǎn)品破損邊界曲線9/19/202420第三章沖擊理論基礎(chǔ)一矩形脈沖激勵圖3-11是用氣墊式?jīng)_擊機對產(chǎn)品進行沖擊試驗的示意圖。產(chǎn)品被固定在沖擊砧上，將沖擊砧提至一定高度后突然釋放，使它與氣墊中的活塞相互沖擊。第四節(jié)產(chǎn)品脆值理論9/19/202421第三章沖擊理論基礎(chǔ)一矩形脈沖激勵當?shù)牟ㄐ螢榫匦螘r，產(chǎn)品加速度隨時間的變化規(guī)律為產(chǎn)品在沖擊時間內(nèi)的速度改變量為而所以產(chǎn)品的脈沖持續(xù)時間為第四節(jié)產(chǎn)品脆值理論9/19/202422第三章沖擊理論基礎(chǔ)二矩形脈沖的沖擊譜矩形脈沖的脈沖時間比為第四節(jié)產(chǎn)品脆值理論9/19/202423第三章沖擊理論基礎(chǔ)二矩形脈沖的沖擊譜易損零件響應(yīng)的最大加速度與矩形脈沖峰值的比值稱為動力放大系數(shù)，用β表示，即第四節(jié)產(chǎn)品脆值理論9/19/202424第三章沖擊理論基礎(chǔ)二矩形脈沖的沖擊譜理論研究表明，易損零件的動力放大系數(shù)β是脈沖時比r的函數(shù)，兩者的函數(shù)關(guān)系稱為矩形脈沖的沖擊譜，見表3-3。根據(jù)表3-3繪制的矩形脈沖沖擊譜的圖形見圖3-13。緩沖包裝關(guān)注的不是易損零件在矩形脈沖激勵下的-t曲線（圖3-12），而是它的最大加速度。沖擊譜之所以重要，是因為有了矩形脈沖的沖擊譜，不用求解易損零件在矩形脈沖激勵下的-t曲線，就能計算它的最大加速度。第四節(jié)產(chǎn)品脆值理論9/19/202425第三章沖擊理論基礎(chǔ)三矩形脈沖的產(chǎn)品破損邊界曲線根據(jù)沖擊譜公式，將易損零件的最大加速度表達為，易損零件的破損條件為ajx是易損零件的極限加速度。由此得到使零件破損的產(chǎn)品加速度為將式（3-30）中的速度改變量改寫為再將式（3-34）代入，就得到使零件破損的產(chǎn)品速度改變量第四節(jié)產(chǎn)品脆值理論9/19/202426第三章沖擊理論基礎(chǔ)三矩形脈沖的產(chǎn)品破損邊界曲線根據(jù)表3-3計算的矩形脈沖的產(chǎn)品破損邊界曲線的特征點，見表3-4。根據(jù)表3-4繪制的矩形脈沖的產(chǎn)品破損邊界曲線見圖3-14用重力加速度g度量產(chǎn)品的最大加速度。用Gm表示，即第四節(jié)產(chǎn)品脆值理論9/19/202427第三章沖擊理論基礎(chǔ)三矩形脈沖的產(chǎn)品破損邊界曲線D點的縱坐標就是臨界加速度線的縱坐標，用G表示，G稱為產(chǎn)品脆值，其大小取決于易損零件的極限加速度ajx，且C點的橫坐標就是臨界速度線的橫坐標，用Δvc表示，稱為產(chǎn)品的臨界速度。從表3-4可以看出，垂直線的橫坐標為C點的縱坐標為2G，即D點的橫坐標為，即第四節(jié)產(chǎn)品脆值理論9/19/202428第三章沖擊理論基礎(chǔ)將產(chǎn)品跌落沖擊時的最大加速度與重力加速度g比較，用Gm表示產(chǎn)品跌落沖擊時的速度改變量為，故如果令設(shè)計值，則

因此包裝件跌落沖擊的強度條件為第五節(jié)包裝件跌落沖擊的強度條件9/19/202429第三章沖擊理論基礎(chǔ)第六節(jié)產(chǎn)品脆值測試一臨界速度線的測試9/19/202430第三章沖擊理論基礎(chǔ)第六節(jié)產(chǎn)品脆值測試二臨界加速度線的測試9/19/202431第三章沖擊理論基礎(chǔ)第七節(jié)國內(nèi)外的一些產(chǎn)品脆值標準二臨界加速度線的測試9/19/202432第三章沖擊理