缓冲材料数据库的设计与开发

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1、缓冲材料数据库的设计与开发曹乐,王芳，袁艳(西安工业大学机电工程学院,西安710032)摘要：以实验数据为基础，建立缓冲材料曲线的数学模型，利用JBuilder2006、SQLSever2000进行缓冲材料数据库的开发。该数据库具有各种缓冲材料数据拟合、绘制、存储、管理等功能，有助于实现包装实验室数字化管理。关键词：缓冲材料；数据库；最小二乘法；曲线拟合产品在流通过程中常常会因为受到冲击、振动等外力作用发生破损，使用缓冲材料对产品进行保护性包装能避免产品受到损坏[1-2]。缓冲材料特性数据的准确性，对于缓冲包装设计起着举足轻重的作用，由于绝大多数缓冲材料为非线性材料，材料特性曲线非常复杂，因

2、此需要通过人工查询缓冲材料特性系数曲线来获得数据来进行缓冲包装设计[3]。缓冲材料特性系数曲线为不同材料、厚度的曲线族，绘制过程非常复杂，因此有必要开发缓冲材料数据库来辅助缓冲包装设计[4-5]。缓冲材料数据库采用JBuilder2006、SQLSever2000软件开发，具有Windows风格用户界面，操作简单，能实现缓冲材料曲线拟合、绘制、存储、管理等功能，并根据缓冲包装设计流程开发数据查询功能，提高数据的处理精度，减少缓冲包装设计的周期。1.缓冲材料动态压缩实验1.1实验原理按GB8167-87《包装用缓冲材料动态压缩试验方法》要求，实验采用落锤冲击试验机（图1）。用自由跌落的重锤对缓

3、冲材料施加冲击载荷，以模拟包装件跌落时缓冲材料受到的冲击作用。在落锤冲击试验机上，固定重锤的跌落高度，依次更换不同质量的重锤，对某一厚度的试件逐次冲击。从安装在重锤上的加速度计可以测出它的最大加速度，根据公式计算出试件的最大加速度，根据公式静应力可以计算出试件的静应力。对曲线，每次实验可得到该曲线上的一个坐标点（，），通过一系列坐标点可以在坐标系重绘出一条与该厚度对应的曲线。使用不同厚度的试件重复上述实验，就可以在同一坐标系重绘出不同厚度的曲线。对同种缓冲材料，已知试件重量、试件面积、试件厚度、跌落高度,根据公式缓冲系数计算出缓冲系数,根据公式最大应力计算出最大应力,获得一系列（，）坐标点，

4、绘制缓冲材料的曲线。图1落锤冲击试验机Fig.1drophammertester1.2曲线拟合曲线是在确定的缓冲材料厚度和等效跌落高度下，进行动态特性试验，根据一系列（，）绘制而成。由于实验条件变化何实验仪器误差，坐标点不能连接成光滑的曲线。观察曲线，其趋势线为多项式，因此可通过最小二乘法将曲线拟合为二次函数，以便于进行计算机辅助设计。采用最小二乘法拟合曲线，步骤如下：1）．确定一组数据(,),其中＝（1，2，…N）。代表静应力，代表最大加速度，采用二次多项式进行拟合，其函数表达式为：；2）．列表分别计算,，，；3）．得出矩阵方程（1）4）．解方程，求出、、，代回原方程，可解出：。2.缓冲材

5、料数据库2.1缓冲材料数据库模块划分为了满足缓冲材料信息绘制、分析、查询、存储等功能，可以把软件划分为6个模块(图2)：曲线拟合、曲线绘制、数据计算、曲线应用、曲线管理、材料管理。在数据计算模块中，由实验所得实验数据为一系列坐标点，X轴代表静应力、Y轴代表最大加速度，在曲线拟合模块中采用最小二乘法将上述坐标点拟合为一元二次方程式，并在数据绘制模块中绘制该条曲线。在曲线应用模块中使用曲线可查询每种缓冲材料不同静应力对应的最大加速度值，使用曲线可查询每种材料的缓冲系数及对应的最大应力。缓冲包装数据库材料管理数据计算曲线拟合曲线绘制曲线应用曲线管理图2缓冲材料数据库模块结构Fig.2Themodu

6、lestructureofcushioningmaterialdatabase2.2缓冲材料数据库的实现在输入缓冲材料名称、类型并为缓冲材料特性曲线选择存储路径后，进入创建曲线向导界面（图3），依次输入跌落高度、衬垫厚度、衬垫面积、产品质量等实验条件数据，用于曲线的计算和拟合。输入完后点击下一步，可选择三种创建方式，分别为输入实验数据、输入最大加速度-静应力值、输入最大应力-缓冲系数值（图4）。图3输入试验条件Fig.3Inputtingoftsetcondition图4选择创建方式Fig.4selectingofsetup对最大加速度-静应力曲线，需要输入以横坐标为静应力、纵坐标为最大加速

7、度的五组坐标（图5），经过拟合，绘制出缓冲材料特性曲线（图6）。数据库还具有计算缓冲衬垫厚度和面积的功能，选取产品包装形式，输入产品质量、跌落高度后，根据缓冲材料特性曲线，可计算出缓冲衬垫的面积和厚度。图5输入曲线数据Fig.5Inputtingofcurvedata图6曲线应用Fig.6Applicationofcurve3结语利用JBuilder2006、SQLSever2000开发缓冲材料数据库，用户界