智能座便器包装件跌落仿真研究和优化.pdf

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1、第３期（总第２０２期）机械工程与自动化No．３２０１７年６月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONJun．文章编号：１６７２‐６４１３（２０１７）０３‐００８０‐０２智能座便器包装件跌落仿真研究和优化崔睿，张广文（华北理工大学，河北唐山０６３００９）摘要：对某品牌智能座便器缓冲包装进行Creo２畅０建模，在ANSYSWorkbench的显式动力学模块中进行跌落仿真分析，得到缓冲包装以及座便器的应力、变形、加速度等数据。验证缓冲部分起缓冲作用的最主要因素，并进行参数优化，减少EPE衬垫的厚度。结果表明：缓冲部

2、分瓦楞纸板的厚度、EPE衬垫的厚度和密度中起缓冲作用的最主要因素是缓冲材料的厚度。对智能座便器包装件进行结构优化，将EPE衬垫的厚度减小１mm。为智能座便器运输包装结构强度理论的探讨和结构的优化设计提供了指导。关键词：运输包装；跌落仿真；优化中图分类号：TP３９１畅７文献标识码：A0引言节点位移向量；｛F（t）｝为包括碰撞力在内的外力向量。进入２１世纪后，随着经济特别是电子商务的发显式积分算法的稳定性准则自动控制计算步长，展，商品的流通更加系统化、规模化和国际化，使得国保证运算速度。在整个碰撞运动方程中，采用中心差内外需要长途运输商

3、品的数量急剧增长。而在运输过分法理论就可以把坐便器跌落的算法构建完毕。程中，各种外部激励通过包装传递给商品，造成商品的2智能坐便器的跌落仿真损坏，其主要原因就是运输途中的跌落冲击。Newton２．１有限元模型的建立提出了包装产品破损边界条件理论，Mindlin基于这首先利用Creo２．０建立智能坐便器和包装的整一理论建立了脆性评定定理及测试方法，为现代缓冲体模型，并进行配合。然后再导入ANSYSWork‐［１］包装分析和设计奠定了基础。bench中，用显式动力学模块进行材料定义和仿真环本文对某品牌智能座便器的缓冲包装进行跌落分境设置

4、。为了简化模型，减少计算量，智能座便器和衬析。由于包装件主要是由内装商品、包装容器及其附垫的接触设定为摩擦接触，其余接触采用默认，即为绑［２－３］属物经过封箱和捆扎组成的物体系统，因此进行定。网格划分采用自动划分，单元数为３２２３７，节点数缓冲包装的分析，需对整个包装件进行研究。研究跌为２００４３。智能坐便器包装件的有限元模型如图１所落过程中包装件的损坏情况一般是进行实物实验，但是示，模型的各部分材料属性如表１所示。绝大多数情况下，实物试验会对产品造成破坏，且试验费用昂贵，因此计算机仿真技术成为目前研究的重要方［４］法。杨虹等通过对

5、单自由度三次函数型非线性缓冲包装系统动力学模型的分析，运用Matlab／Simulink的工作原理建立起仿真框图，然后对其变量赋初始值，绘制出该系统跌落冲击的一系列曲线图，并选择３种不同的包装材料进行实例仿真模拟，得出３组曲线的对图１智能坐便器包装件的有限元模型比图，根据曲线图的对比信息可选择相对合适的包装［５］２．２跌落仿真材料，从而对实际包装设计起到一定的辅助作用。该坐便器仓储堆码是三层，运输堆码是两层。由1显式动力学理论于运输过程中最易跌落，因此跌落仿真工况设定为两通过ANSYSWorkbench显式动力学进行跌落层堆码高度即

6、h＝６８０cm处，设定为只受重力的自由仿真，其动力学方程为：落体运动，经过｀计算，该坐｀便器包装件跌落到地面的瞬时···［M］｛u｝＋［C］｛u｝＋［K］｛u｝＝｛F（t）｝．（１）速度为３６５２mm／s。将模型和地面间的高度设为０mm，其中：［M］为质量矩阵；［C］为阻尼矩阵；［K］为刚度矩给坐便器缓冲包装的系统设初速度v＝３６５２mm／s，｀｀···就可以节省计算机计算时间，同样实现从相应高度跌阵；｛u｝为节点加速度向量；｛u｝为节点速度向量；｛u｝为收稿日期：２０１６‐０８‐２９；修订日期：２０１７‐０２‐２８作者简介：崔睿（

7、１９９２‐），男，河北承德人，在读硕士研究生，研究方向：数字化设计与制造。２０１７年第３期机械工程与自动化·８１·落达到的效果。的厚度的衬垫都能满足座便器的缓冲要求，因此可以表１智能座便器包装件模型的各部分材料属性将EPE的厚度减少１mm。密度弹性ρ模量E屈服极限Eε材料泊松比μkg／m３MPaMPaEPE２７．８２１０．２６５０．３卫生陶瓷２１８０１３０．２４２６．０４８（断裂极限）０．４９９PP９０２２５５．０６３０．５２０．３４3仿真和优化本文采用ANSYSWorkbench的explicitdynamic模块进行显式动力学跌

8、落仿真计算，仿真整个正跌落过图４等效应力与EPE衬垫厚度的关系曲线程，得到包装件整体的应力、变形和运动情况，从而得4结束语到智能座便器包装件的加速度、应力和变形情况。跌通过对智能座便器包装件的有限元建模，运用落应力结果和变形云图分别如