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瓦楞纸箱的有限元分析及实验研究

作　者: 戴晓莉
导　师: 周廷美
学　校: 武汉理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 瓦楞纸箱压痕边压强度抗压强度非线性分析
分类号: TB484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

瓦楞纸箱在运输包装中,因其质量轻、强度高、易加工成型、易折叠、易回收和可再生利用、印刷适性优良、成本低等优点,将逐步代替木箱和塑料箱。在我国采用的瓦楞纸箱多为五层以上,浪费了过多的木材资源,对环境也有一定的破坏,为了资源节约型发展,提高瓦楞纸箱强度,减少原材料的使用量势在必行。因此从瓦楞纸箱强度的影响因素着手,从某一影响因素进行深入研究,看该因素对瓦楞纸箱强度的具体影响,从而为改善瓦楞纸箱的设计和生产工艺提供一定的理论依据。瓦楞纸箱的强度影响因素有很多,一是基本因素,即决定瓦楞纸箱抗压强度的主要因素,是无法避免的因素；二是可变因素,就是在设计或制造瓦楞纸箱的过程中无法避免的因素,如箱型的尺寸比例、印刷面积及印刷设计、开孔面积和开孔位置、纸箱的制造技术问题等。其中瓦楞纸箱的压痕与折叠是瓦楞纸箱成型过程的最主要工序,在压痕折叠这个大位移和大变形的过程中,压痕宽度、压痕深度、压痕力等因素对纸箱的强度有很大的影响。针对这一现象,本文在考虑了瓦楞纸箱的材料非线性和几何非线性的情况下,选择了B型单瓦楞纸箱和BC型双瓦楞纸箱作为研究对象。采用ANSYS有限元分析软件对瓦楞纸箱分段和整个纸箱进行压缩实验的仿真分析,得出了纸箱各段和整个纸箱的压溃力和压溃位移、压缩变形结果、位移场分布情况和应力分布情况。得出了瓦楞纸箱的上段的抗压强度是最高的,其次是瓦楞纸箱的中段,整个纸箱的抗压强度是最低的。分别对B型单瓦楞纸板和BC型双瓦楞纸板压痕进行ECT试验,一是进行不同方向的压痕的ECT试验,如横向压痕、纵向压痕和折向压痕；二是压痕深度不变,进行不同压痕宽度的ECT试验。得出了受到横向压痕的瓦楞纸板的边压强度比受到纵向压痕的瓦楞纸板的边压强度低；瓦楞纸板所受压痕的宽度越大,相应的瓦楞纸箱的抗压强度也越低这一结论。对B型单瓦楞纸箱和BC型双瓦楞纸箱分段进行BCT试验,结果表明瓦楞纸箱的强度基本上取决于横向的皱褶。为改善瓦楞纸板压痕折叠这一工序提供了一定的理论依据,为进一步的研究奠定了基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-14
  1.1 课题来源与研究背景  9-10
  1.2 研究目的与意义  10
  1.3 国内外研究现状  10-13
  1.4 主要研究内容  13
  1.5 本章小结  13-14
第2章瓦楞纸箱仿真的理论基础  14-20
  2.1 有限单元法简介  14-15
  2.2 有限元分析软件ANSYS  15-18
    2.2.1 ANSYS简介  15-17
    2.2.2 ANSYS的模型建立方法  17-18
  2.3 非线性分析概述  18-19
    2.3.1 非线性行为的原因  18
    2.3.2 非线性分析的相关信息  18-19
  2.4 本章小结  19-20
第3章 B型单瓦楞纸箱的仿真分析  20-38
  3.1 瓦楞纸板与瓦楞纸箱简介  20-23
    3.1.1 瓦楞纸板的楞型  20-21
    3.1.2 瓦楞的波形形状  21
    3.1.3 瓦楞纸板的层数  21-23
  3.2 B型单瓦楞纸箱有限元模型的建立  23-25
    3.2.1 瓦楞纸箱的几何模型  23
    3.2.2 瓦楞纸箱单元属性的设定  23-24
    3.2.3 瓦楞纸箱有限元模型网格的划分  24-25
  3.3 加载及求解的设定  25-28
  3.4 B型单瓦楞纸箱仿真结果分析  28-37
    3.4.1 变形结果分析  28-30
    3.4.2 垂直方向压缩后的位移分析  30-33
    3.4.3 垂直方向压缩后的应力分析  33-36
    3.4.4 垂直方向压缩后的压力及变形量分析  36-37
  3.5 本章小结  37-38
第4章 BC型双瓦楞纸箱的仿真分析  38-50
  4.1 BC型双瓦楞纸箱有限元模型的建立  38-39
    4.1.1 瓦楞纸箱的几何模型  38
    4.1.2 瓦楞纸箱单元属性的设定  38
    4.1.3 瓦楞纸箱有限元模型网格的划分  38-39
  4.2 加载及求解的设定  39-40
  4.3 BC型双瓦楞纸箱仿真结果分析  40-49
    4.3.1 变形结果分析  40-42
    4.3.2 垂直方向压缩后的位移分析  42-45
    4.3.3 垂直方向压缩后的应力分析  45-48
    4.3.4 垂直方向压缩后的压力及变形量分析  48-49
  4.4 本章小结  49-50
第5章瓦楞纸箱的实验研究  50-63
  5.1 瓦楞纸箱的实验研究  50-59
    5.1.1 瓦楞纸箱的边压强度实验  50-55
    5.1.2 瓦楞纸箱的压缩试验  55-59
  5.2 实验结果分析  59-62
    5.2.1 瓦楞纸箱边压强度的数据处理及结果分析  59-60
    5.2.2 瓦楞纸箱抗压强度的结果分析  60-62
  5.4 本章小结  62-63
第6章仿真结果与实验结果的对比分析  63-66
  6.1 B型单瓦楞纸箱的结果对比分析  63-64
  6.2 BC型双瓦楞纸箱的结果对比分析  64-65
  6.3 本章小结  65-66
第7章总结与展望  66-67
  7.1 研究总结  66
  7.2 未来展望  66-67
参考文献  67-70
致谢  70-71
附录一作者攻读硕士学位期间发表的学术论文  71-72
附录二作者攻读硕士学位期间参与的项目  72

瓦楞纸箱的有限元分析及实验研究

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