发泡缓冲材料本构模型研究及其cad应用

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1、法西抖技大学论文题目：发泡缓冲材料本构模型研究及其CAD应用学科门类：工学一级学科：机械工程培养单位：设计与艺术学院硕士生：沈训乐导师：刘乘教授2012年5月r—一RESEARCHANDITSCADAPPLICATIoNSoFCoNSTITUTIVEMoDELoFCUSHIoNINGPACKAGINGM·虹ERIALSAThesis(orDissertation)SubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheR

2、equirementfortheDegreeof·Masterof．E照gin坌￡￡i珏gS￡i￡n￡￡．Thesis(orDissertation)Supervisor：ProfessorLiuChen卿,，一●■■■■■●■■●■■■■■■■■■■■■■■■■■■■-May,2012发泡缓冲材料本构模型研究及其CAD应用摘要发泡缓冲材料是广泛的用作工业产品缓冲包装衬垫，研究缓冲包装材料在静态压缩、动态压缩的力学性能模型，对于其在缓冲包装设计中的应用提供数据支持具有最为实际的意义。限于工作量和试验材料，作者仅以

3、EPP为研究对象，聚丙烯因其良好的能量吸收性、可承受多次跌落、环保性、良好的变形回复性、热稳定性、质轻、尺寸稳定性成为在工业、汽车、包装行业越来越重要的缓冲包装材料。对三种密度的EPP在YE一50压力试验机大量试验，分析EPP压缩本构方程的影响因子，建立了与密度、形状函数相关的静态压缩，然后考虑应变率影响的动态压缩的本构方程，并识别了方程参数。通过对不同密度、不同跌落高度、不同厚度的EPP在不同的静应力的试验条件下进行大量的动态压缩试验，得到其动态压缩的最大加速度．静应力曲线，并以某型机柜为例，根据瓯一仃。缓冲包

4、装设计“六步法”理论设计并制作了原型包装，指出传统缓冲包装设计存在的弊端，同时对比分析几种改进的缓冲设计理论。利用DY-3冲击试验机获得的试验数据，建立动态压缩的应力．应变模型。该模型只需要一组试验数据就可以拟合得到该材料在不同静应力、不同厚度的加速度一时间曲线，极大的节约了试验次数。为了简化数学分析，作者建立了和形状函数、应变率相关的简化动态压缩本构方程，并根据试验识别了模型参数。根据第二章建立了EPP静态压缩的本构方程，阐述其在缓冲设计中的应用，并与采用传统缓冲包装G肘一仃。法设计结果对比可以得出采用静态压缩

5、本构方程设计方法设计结果偏保守，需要更多的试验材料。通过静态压缩本构方程拟合得到的应力．应变数组，作为缓冲材料的载荷曲线，利用有限元仿真软件ANSYSLS．DYNA对DY-3重锤冲击EPP材料进行仿真，得到响应加速度．时间曲线并与试验曲线进行对比，误差在10％以内，证明利用本构方程拟合的应力．应变载荷曲线既能克服将缓冲材料简化为线性材料的缺陷，又避免了需要通过试验获取载荷曲线的弊端。根据第三章建立的简化动态压缩本构方程，得到动态压缩的产品破损边界曲线，指导缓冲包装设计。通过前面章节的理论阐述、模型方程和试验数据，

6、本文作者重点阐述利用LabVIEW开发缓冲设计软件，该软件根据用户输入条件自动计算出以缓冲面积、材料厚度为设计目标的缓冲包装设计案例，并且根据试验结果和数学处理，建立了缓冲包装设计数据库，用户可以根据需要调用不同材料、不同密度的材料的数据进行缓冲设计。同时该软件提供了数据库扩展功能，用户可以将自己试验得到的某种包装材料的数据存入数据库中，扩展数据库中的材料种类，该软件只需要输入缓冲设计材料、产品信息等基本数据，软件自动计算目标结果，为一些没有试验条件的工程人员缓冲设计提供帮助和指导，极大的提高了设计效率。关键词：

7、本构方程，发泡聚丙烯，缓冲设计，图形化编程，数据库设计nRESEARCHANDITSCADAPPLICATIoNSoFCoNSTITUTIVEMoDELoFCUSHIoNINGPACKAGINGMATERIALSABSTRACTExpandedpolypropylene(EPP)foamforitsadvantagesofgoodenergyabsorption，excellentrecoverabilityfromrepeatedshockinganddeformations，environmentalfrie

8、ndly,highservicetemperature，lightweight，dimensionalstability,hasbecomeanincreasinglyimportantmaterialinthesegmentsofindustry,automobileandpackaging．Therefore，studyonstaticanddynamicmechan