畢業(yè)論文基于solidworks正方形蜂窩結構面內力學性能有限元分析

1、<p>　　基于SolidWorks正方形蜂窩結構面內</p><p><b>　　力學性能有限元分析</b></p><p>　　摘 要： 隨著社會經濟的發(fā)展,蜂窩紙板包裝在我們生活中越來越受到人們重視,蜂窩紙包裝逐漸滲透入人們的生活。本文主要探討正方形蜂窩紙板結構的有限元建模方法,并利用 SolidWorks 軟件模擬分析這種結構的性能。主要研究成果如

2、下：</p><p>　　建立厚度為20mm蜂窩窩芯為正方形結構的蜂窩紙板，并用 SolidWorks 自帶的 SolidWorks Simulation 插件對蜂窩紙板進行靜態(tài)模擬分析及跌落模擬試驗。從應力曲線上可以看出正方形蜂窩紙板的結構面內力學性能。</p><p>　　在材質相同的情況下，分別對高度為10mm和20mm的正方形蜂窩紙板進行同等條件下的靜態(tài)分析，我們可以發(fā)現高度越高的

3、蜂窩紙板受到的應力越大。</p><p>　　從兩次靜態(tài)模擬仿真試驗及兩次動態(tài)模擬仿真試驗中得到的應力曲線上我們可以分析出，正方形蜂窩紙板受力時的凹凸面比平整面更具緩沖性能。</p><p>　　關鍵詞：正方形；蜂窩紙板；應力； Simulation； </p><p>　　The finite element analysis of mechanical prop

4、erties within the square honeycomb's structure surface based on SolidWorks</p><p>　　Abstract: With the development of social economy, honeycomb cardboard packaging has gained greater attention in our dai

5、ly life. And the honeycomb paper packing has gradually permeated into people's life. This paper mainly discusses the finite element modeling method of square honeycomb paperboard structure, using SolidWorks to simula

6、te and analyze the performance of the structure. And the main research results are as follows:</p><p>　　Firstly, after the establish of a three-dimensional model of square honeycomb with a thickness of 20mm

7、cellular core, proceed to the static simulation analysis using the plug-in of SolidWorks Simulation. From the point of stress curve, the in-plane mechanical properties of the square honeycomb can be seen.</p><

8、p>　　Secondly, under the same condition of material, conducting static analysis on the height of 10mm and 20mm respectively of square honeycomb cardboard, we can find that the higher of the honeycomb cardboard, the gre

9、ater the stress it gets.</p><p>　　Thirdly, the conclusion we can draw from the stress curve , through the analysis of the two static simulation experiments and the two dynamic simulation ones, is that the co

10、ncave and convex surface of the honeycomb board has better cushioning performance than the flat surface.</p><p>　　Keywords： square; honeycomb paperboard; stress; simulation;</p><p><b>　　目錄

11、</b></p><p><b>　　中文摘要II</b></p><p><b>　　英文摘要III</b></p><p><b>　　目錄III</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><

12、;p>　　1.1 選題的背景依據及蜂窩紙板的研究1</p><p>　　1.1.1 選題背景1</p><p>　　1.1.2 蜂窩紙板的研究1</p><p>　　1.2 研究的目的和意義2</p><p>　　1.3 研究內容3</p><p>　　1.4 國內外研究現狀3</p>

13、<p>　　1.5 本章小結4</p><p>　　2 正方形蜂窩紙板的建模5</p><p>　　2.1 應用軟件介紹5</p><p>　　2.2 模型的建立5</p><p>　　2.3 本章小結6</p><p><b>　　3 靜態(tài)分析7</b></p>

14、;<p>　　3.1 有限元分析法7</p><p>　　3.2 建立算例并定義材料7</p><p>　　3.3 第一次靜態(tài)模擬及結果分析與討論9</p><p>　　3.3.1 第一次靜態(tài)模擬9</p><p>　　3.3.2 結果分析與討論15</p><p>　　3.4 第二次靜態(tài)模擬及

15、結果分析與討論15</p><p>　　3.4.1 第二次靜態(tài)模擬15</p><p>　　3.4.2 結果分析與討論17</p><p>　　3.5 本章小結19</p><p>　　4 靜態(tài)對比分析20</p><p>　　4.1 靜態(tài)對比分析的目的和實施方法20</p><p>

16、;　　4.2 高度為10mm的正方形蜂窩紙板的靜態(tài)分析20</p><p>　　4.3 結果對比分析22</p><p>　　4.4 本章小結23</p><p><b>　　5 動態(tài)分析24</b></p><p>　　5.1 研究環(huán)境24</p><p>　　5.2 第一次動態(tài)模擬

17、24</p><p>　　5.3 第二次動態(tài)模擬26</p><p>　　5.4 動態(tài)模擬結果分析與討論26</p><p>　　5.5 本章小結27</p><p>　　6 結論與展望28</p><p>　　6.1 主要研究言論28</p><p>　　6.2 論文創(chuàng)新點28&l

18、t;/p><p>　　6.3 論文不足及未來工作展望29</p><p><b>　　致謝30</b></p><p><b>　　參考文獻31</b></p><p><b>　　封底</b></p><p><b>　　1 緒論</

19、b></p><p>　　1.1 選題的背景依據及蜂窩紙板的研究</p><p>　　1.1.1 選題背景</p><p>　　經過對蜂房的深入研究，科學家發(fā)現，蜂窩結構是材料/空間最大的結構，由于蜂窩結構的優(yōu)越性，蜂窩結構現在已廣泛的用于我們的生活領域中，在包裝中也是多了很多它的影子。</p><p>　　隨著社會經濟的發(fā)展，蜂窩紙板

20、包裝在我們生活中越來越受到人們重視，現在越來越多的包裝，尤其是家用電器的包裝，里面的緩沖材質漸漸的被蜂窩紙板所替代，蜂窩紙包裝逐漸滲透入人們的生活，取代了長久以來用于包裝內緩沖的泡沫塑料緩沖包裝，然而泡沫塑料不利于回收。因此采用蜂窩紙板不但可減少對環(huán)境的污染，降低對消費者健康的損害，起到了環(huán)保作用。</p><p>　　1.1.2 蜂窩紙板的研究</p><p>　　蜂窩紙板是在蜂窩狀結構

21、的芯紙的夾層上、下表面通過膠粘復合面材而形成的板材（如圖1-1）。芯紙呈蜂窩狀，生產和實際以正六邊形居多。蜂窩紙板的夾芯不僅提高了板材的剛度和穩(wěn)定性，而且改善了板材整體的力學性能。</p><p>　　圖1-1 蜂窩紙板結構示意圖 </p><p>　　蜂窩紙包裝好處多多，質輕、強度大、剛度高，具有緩沖、保溫、隔熱、隔音的優(yōu)

22、異性能，并且其自身經過特殊處理而能夠阻燃、防潮、防水、防霉、防靜電等。最為關鍵的是，蜂窩紙板制品與發(fā)泡塑料相比，節(jié)省資源、保護生態(tài)環(huán)境、用途廣、前景好。據介紹，蜂窩紙包裝節(jié)材代木的應用還可制成包裝箱。而且，作為一種環(huán)保材料，它具有可自然降解，不污染環(huán)境和循環(huán)再生利用等特點。正是由于蜂窩紙板的眾多優(yōu)點，尤其是在節(jié)約資源和環(huán)保價格上的優(yōu)勢，正日益得到世界各國政府的鼓勵和支持，在推廣和應用上已出現了令人鼓舞的局面。</p>&l

23、t;p>　　現在對正六邊形蜂窩的研究較多，本文將在前輩的研究基礎上，通過SolidWorks 軟件對正方形蜂窩進行三維建模，同時利用其自帶的SolidWorks Simulation 功能對建模后的正方形蜂窩進行試驗分析，從而得出正方形蜂窩結構面內的各項力學性能。</p><p>　　1.2 研究的目的和意義</p><p>　　隨著人類環(huán)保意識日益覺醒，地球可持續(xù)發(fā)展需求的日趨迫切

24、，紙蜂窩制品也因其本身的環(huán)保特性而逐漸受到廠商親睞。自然界蜜蜂以其超然的智慧和辛勤的勞動構筑了無數形狀優(yōu)美的六邊形蜂巢。早在公元四世紀的古希臘，數學家佩波斯就提出：蜂窩的優(yōu)美形狀，是自然界最有效勞動的代表。他猜想人們所見到的截面呈六邊形的蜂窩，是蜜蜂采用最少量的蜂蠟建成的，他的這一猜想被稱為“蜂窩猜想”。而后的事實和理論均證明，蜜蜂所建造的蜂巢的確采用了最少的蜂蠟，占有最大的空間面積，而結構穩(wěn)定性為最佳。受自然蜂巢的啟迪，人類通過長期研

25、究和分析自然蜂窩結構的特點，創(chuàng)造性地發(fā)明了各種蜂窩復合結構材料及其制品，它們有的用于新材料和新產品的研發(fā)，有的用來改善現有產品的特性，有的用于解決結構設計中面臨的難題等等。</p><p>　　本文主要針對正方形蜂窩結構面內力學性能的有限元分析實驗研究。因為如今大多數的研究都是針對正六邊形蜂窩結構的，對其他形狀的蜂窩結構的性能研究的很少。因此我們要研究其他形狀的蜂窩結構的力學性能，作為對比，只有這樣我們才能更好的

26、了解蜂窩結構的性能，更好的用到包裝上去。</p><p><b>　　1.3 研究內容</b></p><p>　　本文主要研究的內容為：主要進行正方形蜂窩結構面內力學性能的有限元分析，先運用 SolidWorks 軟件對正方形蜂窩進行三維建模，并運用其自帶的 SolidWorks Simulation 功能對正方形蜂窩進行變形形態(tài)分析和峰應力分析，得出相關數據，并據

27、此進行分析研究，從而得到正方形蜂窩結構面內的相關力學性能。</p><p>　　具體步驟為，利用 SolidWorks 軟件模擬平壓過程中，蜂窩單元結構應力分布及失效形態(tài)分析</p><p>　　對正方形蜂窩紙板進行建模；</p><p>　　對正方形蜂窩紙板進行面內變形形態(tài)分析；</p><p>　　對正方形蜂窩紙板進行面內峰應力分析。&l

28、t;/p><p>　　1.4 國內外研究現狀</p><p>　　國內外對于蜂窩紙板的結構性能均做了許多的研究：</p><p>　　張改梅通過靜態(tài)壓縮和動態(tài)壓縮試驗，研究蜂窩紙板的靜態(tài)緩沖特性和動態(tài)緩沖特性與它的蜂窩芯柱、蜂窩孔徑的關系。根據靜態(tài)壓縮試驗所得的應力－應變曲線計算出蜂窩紙板的緩沖系數－應變曲線，根據動態(tài)壓縮試驗所得的最大加速度時間曲線計算出緩沖系數－靜應

29、力曲線，從而進行進一步的分析。為包裝中蜂窩紙板的尺寸設計提供一定的參考[6]。</p><p>　　蔡四維在《復合材料結構力學》中介紹了各向異性彈性體的基本理論和復合材料單向板、層合板彈性特性、本構關系、單向板的強度理論以及計算方法，簡單討論了濕熱效應和殘余應力；并介紹了復合材料層合桿和層合板梁的應力，層合板的彎曲、屈曲和振動以及層合板的開孔應力與機械連接，并對了復合材料疲勞損傷及壽命預測以及層合結構有限元數值分

30、析中常用的板、殼單元計算方法等作了簡要敘述[7]。</p><p>　　辛成龍、郭彥峰通過靜態(tài)壓縮試驗,研究不同面積蜂窩紙板疊置組合的緩沖性能。闡述了組合的蜂窩紙板的靜態(tài)壓縮過程,試驗表明組合的方式能改善蜂窩紙板的緩沖性能。同時還選擇不同面積板組合情況進行對比分析,得出了板面積變化對整體緩沖性能的影響[9]。</p><p>　　郭彥峰、辛成龍、許文才等研究了蜂窩紙板結構的實體建模、單元屬

31、性、網格劃分等有限元建模方法,并基于該有限元模型分析了蜂窩紙板結構的平壓性能,有限元分析結果與試驗結果吻合良好[11] 。</p><p>　　黃穎為、馮俊華、孫德強等建立了正方形金屬蜂窩鋁芯13×8的蜂窩單元陣列有限元分析模型,研究了正方形金屬蜂窩在共面壓縮載荷作用下的變形形態(tài),并分析了速度在3～250m/s時,正方形金屬蜂窩鋁芯的共面力學性能與其結構參數和速度之間的關系。當結構參數固定時,正方形金屬

32、蜂窩鋁芯的峰應力與速度的平方成線性關系,而當速度固定時,峰應力與壁厚邊長比成冪指數關系[12]。</p><p>　　目前國內外主要針對正六邊形蜂窩結構的壓縮機械性能及蜂窩紙板的力學理論模型和緩沖性能實驗進行研究，但對其他類型的蜂窩紙板力學性能的研究較少，使得人們對其的認識還不夠，因而正方形蜂窩結構面內力學性能的研究是十分必要的。</p><p><b>　　1.5 本章小結&l

33、t;/b></p><p>　　蜂窩紙板是一種新型綠色環(huán)保型包裝材料，且具有很多的優(yōu)點，已應用于包裝、建材等領域，然而蜂窩紙板的某些性能仍然沒能被充分的利用，使得蜂窩紙板在包裝領域中處于一個很低的利用率。</p><p>　　現在對正六邊形蜂窩的研究較多，本文將在前輩的研究基礎上，通過SolidWorks 軟件對正方形蜂窩進行三維建模，同時利用其自帶的SolidWorks Simul

34、ation 功能對建模后的正方形蜂窩進行試驗分析，從而得出正方形蜂窩結構面內的各項力學性能。</p><p>　　2 正方形蜂窩紙板的建模</p><p>　　為了研究正方形蜂窩結構面內的各項力學性能，我們首先要做的就是用Solidworks 對其進行建模，我采用的軟件是 Solidworks 2009 版本。</p><p>　　2.1 應用軟件介紹</p&

35、gt;<p>　　SolidWorks 軟件是美國 SolidWorks 公司開發(fā)的世界上第一個基于Windows 的三維CAD系統(tǒng)，其創(chuàng)新技術符合CAD技術發(fā)展潮流的趨勢。Solidworks Simulation 是一款基于有限元技術的分析軟件，是一個與 SolidWorks 完全集成的設計分析系統(tǒng)。作為一個強有力的工程分析工具，它提供了單一屏幕解決方案來進行應力分析、扭曲分析、頻率分析熱力分析優(yōu)化分析并幫助解決了從簡

36、單到復雜的各種問題。SolidWorks Simulation減少了搜索最優(yōu)設計所需要的時間和精力，可大大降低產品進入市場的時間。</p><p>　　Solidworks 的功能強大、易學易用、和技術創(chuàng)新是其三大特點，可以十分方便的對物體進行三維實體特征造型、裝配及工程圖生成、產品受力強度分析，所以在包裝結構設計中有廣泛的應用前景。</p><p>　　SolidWorks Simula

37、tionXpress 為 SolidWorks 用戶提供了一個容易使用的初步應力分析工具。SimulationXpress 通過在計算機上測試設計而取代昂貴并費時的實地測試可降低成本及上市時間。</p><p><b>　　2.2 模型的建立</b></p><p>　　根據實驗原理我們?yōu)榉涓C紙板建立一個三維模型，其蜂窩窩芯為正方形，厚度為20mm，紙板厚度為0.4m

38、m，其形狀和大小如下圖。 </p><p>　　圖2-1 按照生產實際將瓦楞紙折疊成正方形</p><p>　　圖2-2 建立蜂窩紙芯100mm100mm19.2mm</p><p><b>　　圖2-3 黏貼面紙</b></p><p>　　本文在Solidworks中創(chuàng)建一個正方形的蜂窩瓦楞紙板，其參數為100mm1

39、00mm20mm。</p><p><b>　　2.3 本章小結</b></p><p>　　通過對本章的學習，了解了Solidworks軟件的一些基本知識，掌握了Solidworks軟件的基本建模功能，并通過自己的摸索，順利利用軟件建立了一個正方形蜂窩的模型。為接下來的仿真模擬分析做好了充分的準備，并制定出了合理的仿真模擬步驟。</p><p&g

40、t;<b>　　3 靜態(tài)分析</b></p><p>　　3.1 有限元分析法</p><p>　　有限元法的理論基礎起源于20世紀40年代，從1943年數學家 Courant 第一次嘗試用最小位原理來解決 t.Venant 扭轉問題以來，一些應用數學家和工程師也都由于種種原因，紛紛涉足有限元法的領域。一直到1960年以后，醉著電子計算機的廣泛應用和發(fā)展，有限元法技術

41、依靠數值計算方法，才迅速發(fā)展起來。</p><p>　　換句話說，有限元分析就是將一個復雜的模型問題分解為多個簡單的結構片段，這些片段稱為“元素”。在過去，結構分析的主角——有限元技術高高在上，而且此時期的結構分析軟件都普遍存在軟件界面不具操作親和力、難學難用的缺點，且要求的設備等級很高。有了像 Solidworks Simulation這樣的軟件問世以后，結構分析的大門終于平民化了。</p>&l

42、t;p>　　本文采用 SolidWorks 軟件中的 Simulation 對蜂窩紙板的緩沖性能進行模擬。SolidWorks Simulation 是一款基于有限元（即FEA數值）技術的設計分析軟件，其本身集成了Simulation、SolidWorks Flow Simulation、SolidWorksMotion 等插件程序，與 SolidWorks 無縫集成，可不經轉換在SolidWorks 中直接實現三維瀏覽、運動模擬

43、、碰撞和運動分析、受理分析及運動算例，在模擬運動中為動畫添加馬達等功能。為便于進行后期分析處理，采用了 SolidWorks 建模，Simulation 進行跌落仿真的技術路線。元法，確認了有限元法是處理連續(xù)媒介問題的一種普遍方法。和運動分析、受理分析及運動算例，在模擬運動中為動畫添加馬達等功能。為便于進行后期分析處理，采用了 SolidWorks 建模，Simulation進行跌落仿真的技術路線。</p><p&g

44、t;　　3.2 建立算例并定義材料 </p><p>　　Simulation擁有獨有的FFE解算器，與同類軟件相比速度有很大提高。我們先建立一個靜態(tài)算例,再對材料的材質進行編輯,材料選用的蜂窩紙板為定量為200g/m^2的紙板,厚度為0.4毫米。</p><p>　　圖3-1 建立新算例</p><p>　　圖3-2 選擇靜態(tài)選項</p><p

45、>　　首先，我們必須為蜂窩紙板選擇材料的彈性模量E，泊松比μ和密度ρ。</p><p>　　表3-1 計算對象的材料參數</p><p>　　3.3 第一次靜態(tài)模擬及結果分析與討論 </p><p>　　蜂窩紙板在作為包裝材料保護產品時，在流通過程中由于裝卸、搬運等作業(yè)會受到各種沖擊跌落，從而使包裝件受到損壞。本論文針對正方形結構蜂窩紙板進行一次靜態(tài)模擬。&

46、lt;/p><p>　　3.3.1 第一次靜態(tài)模擬</p><p>　　將已經建模好的正方形蜂窩材料選擇為紙板。模型如果沒有合適的約束，那就會失去平衡面而做自由的平移或旋轉運動。因此首先約束一面，固定幾何體，這樣，該物體就只能在受力的方向上做變形移動。然后在另一面設置外部載荷，載荷就是施加在受測物體上的力或其他形態(tài)的動能，在本次試驗中，載荷類型設置為壓力，具體操作如下圖所示：</p>

47、;<p>　　圖3-3 約束設置 圖3-4 外部載荷設置 </p><p>　　接下來就是設置網格，網格一直是有限元分析的主角，它讓工程分析的數字更為可靠。首先，程序將幾何模型劃分為許多具有簡單形狀的小單元， </p><p>　　這些單元都通過公共的節(jié)點連接，這

48、個過程就稱為網格劃分。有限元分析程序將模型視為一個網狀物，在分析中，網格劃分是一個重要的步驟，網格劃分的越細，質量就越高，分析結果就越準。在算例1試驗中，設置為網格整體大小1.5mm,公差0.075mm,設置完畢后運行解算器進行分析。</p><p>　　圖3-5 網格參數設置</p><p>　　圖3-6 網格化后效果圖 </p><p>　　圖3-7 過程圖

49、 </p><p>　　分析結束后得到分析圖。</p><p>　　圖3-8 窩芯為正方形的蜂窩紙板應力云圖</p><p>　　圖3-9 窩芯為正方形的蜂窩紙板位移云圖</p><p>　　圖3-10 窩芯為正方形的蜂窩紙板應變云圖 </p><p>　　

50、3.3.2 結果分析與討論 </p><p>　　在進行完仿真試驗后，對這次的試驗進行結果分析，主要是對其應力進行分析。主要是選取其邊線上的應力分布圖分析。</p><p>　　圖3-11 選取的邊線1 圖3-12 選取的邊線2</p><p>　　圖3-13 選取的邊線1的應力圖解</p><p>

51、　　圖3-14 選取的邊線2的應力圖解</p><p>　　圖3-15 選取的邊線3</p><p>　　圖3-16 選取的邊線3的應力圖解</p><p>　　表3-2 算例結果（1）</p><p>　　從圖解中可以看到，兩短邊的應力分布基本左右對稱，其中由于沒有支撐紙板而受力比較嚴重的邊線1的最大應力可達到9.0x106N/m2,其位置

52、在中點處，最小值為0，位于兩個端點處，而另一邊線2由于有支撐面板，受力比較均勻，最大值約為1.82x107N/m2,位于靠近端點處，最小值為1.72x107N/m2,位于中間位置。而在長邊也就是邊線3在試驗中，受力也比較均勻，但是在靠近邊線1后受力極具增大，最大值可達1.70x107N/m2。</p><p>　　在算例結果（1）中，我們可以發(fā)現，整個正方形蜂窩紙板在節(jié): 315193處取得最小應力0.08982

53、1 N/m^2，而在節(jié): 301233處取得最大應力50710200 N/m^2。同時在節(jié): 2631處取得最大位移8.75393e-006 m。</p><p>　　3.4 第二次靜態(tài)模擬及結果分析與討論</p><p>　　3.4.1 第二次靜態(tài)模擬 </p><p>　　由于建立模型的蜂窩紙板的四側并不對稱，因此，需要選擇另兩個面進行一 次靜態(tài)模擬，材料的選擇

54、與基本的數據都與第一次的靜態(tài)模擬相同，因此在這不再贅述。具體操作如下圖所示： </p><p>　　圖3-17 約束設置 圖3-18 載荷設置</p><p>　　圖3-19 網格后效果圖</p><p>　　在進行完基本的操作后，運行，得到的圖解如下圖所示：</p><p>　　圖3-20 應力

55、圖解</p><p>　　圖3-21 位移圖解</p><p>　　圖3-22 應變圖解 </p><p>　　3.4.2 結果分析與討論</p><p>　　通過對厚度為20mm蜂窩芯紙結構為正方形的蜂窩紙板進行第二次仿真模擬使我們更進一步了解到這種蜂窩紙板的特性，這里像上文中對第一次模擬的結果分析一樣進行分析：&

56、lt;/p><p><b>　　圖3-23 邊線4</b></p><p>　　圖3-24 邊線4應力圖解</p><p>　　圖3-25 邊線5 </p><p>　　圖3-26 邊線5的應力圖解</p><p>　　表3-3 算例結果（2）</p><p>　　

57、從圖解中可以看到，兩邊線的應力分布基本左右對稱，其中邊線4的最大應力可達到1.20x105N/m2,其位置在中點處，而最小應力位于靠近兩端點處，其值約為5.50x104N/m2，而另一邊線5受力分布成上下振蕩分布，可看出在凸起處受力較大，凹處受力較小，最大值約為1.30x105N/m2,最小值可達0。</p><p>　　在算例結果（2）中，我們可以發(fā)現，整個正方形蜂窩紙板在節(jié): 300410處取得最小應力0.1

58、2085 N/m^2，而在節(jié): 319480處取得最大應力229590 N/m^2。</p><p><b>　　3.5 本章小結</b></p><p>　　通過這兩次的靜態(tài)模擬仿真試驗，應該說基本掌握了Solidworks Simulation 靜態(tài)分析的基本操作。同時通過對厚度為20mm蜂窩芯紙結構為正方形的蜂窩紙板進行仿真模擬，使我們更進一步了解到這種蜂窩紙板

59、的力學性能，當他們面對外部載荷時所產生應力的變化規(guī)律，以及最大應力值的大小，說明正方形結構的蜂窩紙板的一些靜態(tài)力學性能。這將對于我們今后在選擇包裝材料，減少資源浪費以及更合理充分的包裝產品上提供很大的幫助。</p><p><b>　　4 靜態(tài)對比分析</b></p><p>　　4.1 靜態(tài)對比分析的目的和實施方法</p><p>　　為了更

60、好的研究正方形蜂窩紙板結構的面內力學性能，本文將進行不同高度的蜂窩紙板在相同情況下的靜態(tài)分析，達到對比的目的，從而對其有一個更深入的了解。具體實施方法為建立不同厚度的但是由相同材質組建的正方形蜂窩結構紙板，進行相同環(huán)境下的靜態(tài)分析，由于時間、篇幅、條件有限，本文建立了一個高度為10mm的正方形蜂窩結構與前文中高度為20mm的蜂窩結構進行對比分析。</p><p>　　4.2 高度為10mm的正方形蜂窩紙板的靜態(tài)分

61、析</p><p>　　材料與材料屬性都與前文中的材質一樣，在這里不再贅述，具體操作過 程如下：</p><p>　　圖4-1 高度為10mm的正方形蜂窩紙板</p><p>　　然后進行兩次方向的靜態(tài)分析，其基本參數設置都與前文中相同，因此不再贅述，下圖中展示網格化后的蜂窩模型，從圖中我們能看出其約束的面和承載載荷的面。</p><p>　

62、　圖4-2 固定平整面進行第一次靜態(tài)分析</p><p>　　圖4-3 固定凹凸面進行第二次靜態(tài)分析</p><p>　　進行分析后得到的結果圖解：</p><p>　　圖4-4 應力云圖1</p><p>　　圖4-5 應力云圖2 </p><p>　　4.3 結果對比分析</p>

63、<p>　　表4-1 平整面靜態(tài)分析算例結果 </p><p>　　表4-2 凹凸面靜態(tài)分析算例結果 </p><p>　　經過與前文中數據的對比分析，我們可以發(fā)現，10mm的正方形蜂窩紙板的最大應力平整面為184309N/m2，凹凸面為96841.5N/m2，前文中20mm的正方形蜂窩紙板的最大應力平整面為50710200N/m2，凹凸面為229590N/m2，可以明顯看出高度

64、越高的蜂窩紙板受到的應力越大。</p><p><b>　　4.4 本章小結</b></p><p>　　從以上的結果和分析中我們可以看出，對于不同高度的蜂窩紙板，高度越高的蜂窩紙板所受到的最大應力越大，也更不均勻。這將對于今后我們在選擇材料上會提供很好的理論依據。</p><p><b>　　5 動態(tài)分析</b><

65、/p><p><b>　　5.1 研究環(huán)境 </b></p><p>　　材料的選擇和基本數據都與靜態(tài)模擬中的一樣，在這里不再贅述。</p><p>　　蜂窩紙板在作為包裝材料保護產品時，在流通過程中由于裝卸、搬運等作業(yè)會受到各種沖擊跌落，從而使包裝件受到損壞。因此本論文讓蜂窩紙板從一定高度進行跌落，已達到分析的目的。</p><

66、;p>　　跌落沖擊測試的能量損失一般是由于阻尼、摩擦或塑性變形引起的。然而在跌落測試分析中，Simulation并不支持阻尼。</p><p>　　跌落試驗采用默認的跌落高度為1m，重力加速度為9.81m/s2,摩擦系數為0。</p><p>　　5.2 第一次動態(tài)模擬</p><p>　　選擇材料為紙板，具體操作如下：</p><p>

67、;　　圖5-1 選擇掉落測試選項 圖5-2 跌落參數設置</p><p>　　圖5-3 引力參數設置 </p><p>　　在算例跌落試驗中，設置為網格整體大小1.5mm,公差0.075mm,沖擊后的求解時間為50微秒，圖解數為25。設置完畢后運行解算器進行沖擊分析。</p><p>　　圖5-4 網格參數設置

68、 圖5-5 結果選項設置</p><p>　　分析結束后得到Von Mises應力云圖。</p><p>　　圖5-6 蜂窩紙板平整面應力云圖</p><p>　　5.3 第二次動態(tài)模擬 </p><p>　　設置引力方向，進行第二次的動態(tài)跌落試驗：</p><p>

69、　　圖5-7 引力參考方向設置</p><p>　　在算例2跌落試驗中，設置為網格整體大小1.5mm,公差0.075mm,沖擊后的求解時間為50微秒，圖解數為25。設置完畢后運行解算器進行沖擊分析。</p><p>　　分析結束后得到Von Mises應力云圖。</p><p>　　圖5-8 蜂窩紙板凹凸面應力云圖</p><p>　　5.

70、4 動態(tài)模擬結果分析和討論</p><p>　　上文中介紹了跌落試驗的具體參數和方法，通過以上兩次不同方向的跌落試驗，我們可以得出其對應的應力時間規(guī)律曲線，經過對比分析，從曲線中我們可以觀察出其應力變化。</p><p>　　在兩個算例中，我們選取相同節(jié)點來取得時間應力曲線圖，然后分析圖中的數據進行應力分析，圖如下所示：</p><p>　　圖5-9 蜂窩紙板平整

71、面（左）和凹凸面（右）應力時間歷史圖表</p><p>　　在圖5-9中，我們可以發(fā)現左圖節(jié)點在41微秒內應力達到第一個峰值,其值為8.0x105N/m2，而右圖節(jié)點在30微秒左右時達到第一個峰值，其值為1.4x105N/m2。由此可知蜂窩紙板在跌落時，正六邊形的平整面所產生的最大應力比凹凸面要大，說明凹凸面的緩沖性能更好，對產品起到緩沖的作用將會更顯著。</p><p><b>

72、;　　5.5 本章小結</b></p><p>　　通過對厚度為20mm蜂窩芯紙結構為正方形的蜂窩紙板進行動態(tài)跌落仿真模擬試驗使我們更進一步了解到正方形蜂窩紙板的緩沖特性，當他們從相同高度的跌落時各自所產生應力的變化規(guī)律，以及最大應力值的大小，從而說明凹凸面要比平整面的緩沖性能要好。這對于我們今后在選擇包裝材料，減少資源浪費以及更合理充分的包裝產品上提供很大的幫助。</p><p&

73、gt;<b>　　6 結論與展望</b></p><p>　　6.1 主要研究結論</p><p>　　蜂窩紙板作為一種重量輕、結構新穎、承載性能好且具有良好緩沖性能的包裝材料受到了包裝界乃至工業(yè)界的廣泛關注，并且已經應用于包裝、通信、農業(yè)、建筑等諸多領域。</p><p>　　本文通過對正方形蜂窩紙板結構面內的力學性能分析，了解了其各方向上的

74、應力情況，從而了解蜂窩紙板的結構面內的力學性能，為我們選擇合適的材料提供了依據，并且通過對正方形蜂窩紙板的研究，基本了解了正方形蜂窩紙板的結構和性能，主要結論如下：</p><p>　　找到厚度為20mm的正方形蜂窩紙板的物理性能參數，對其進行靜態(tài)仿真模擬分析，繪制出各邊線上的應力曲線。</p><p>　　通過兩次靜態(tài)模擬分析得到的應力曲線的對比，我們可以發(fā)現蜂窩紙板的凹凸面比平整面受力

75、時受力更為平均，說明凹凸面方向蜂窩具有更好的緩沖性能。</p><p>　　通過兩次靜態(tài)模擬分析得到的應力曲線的對比，通過數據我們可以發(fā)現當凹凸面受力時的最大應力值要小于平整面受力時的最大應力值，從而進一步說明凹凸面方向受力時蜂窩具有更好的緩沖性能。</p><p>　　通過兩次動態(tài)模擬分析得到的應力曲線的對比，通過數據我們可以發(fā)現做跌落試驗時當凹凸面受力時的最大應力值要小于平整面受力時的

76、最大應力值，進一步說明凹凸面方向受力時蜂窩具有更好的緩沖性能。</p><p>　　在材質相同的情況下，分別對高度為10mm和20mm的正方形蜂窩紙板進行同等條件下的靜態(tài)分析，我們可以發(fā)現高度越高的蜂窩紙板受到的應力越大。</p><p><b>　　6.2 論文創(chuàng)新點</b></p><p>　　通過Solidworks建立厚度為20mm的正

77、方形蜂窩紙板三維模型，通過兩種方向分別對蜂窩紙板進行靜態(tài)仿真分析，動態(tài)跌落試驗分析，不同高度的蜂窩紙板的對比試驗，研究了正方形蜂窩的一些物理性能參數。同時發(fā)現當在蜂窩紙板上的凹凸面進行受力時受力情況要好于平整面的受力時，并且發(fā)現在相同情況下，高度越高蜂窩紙板的受到的應力越大，從而為我們今后流通過程中選擇合適的包裝方式提供理論依據。</p><p>　　通過Solidworks Simulation進行靜態(tài)仿真模擬

78、和跌落仿真模擬分析不同受力方向時的正方形蜂窩紙板的應力分布情況。</p><p>　　6.3 論文不足及未來工作展望</p><p>　　蜂窩紙板的各種物理參數不穩(wěn)定，參數要在很嚴格的環(huán)境下獲取，但由于現實環(huán)境或設備技術所限，所獲得的參數會略有偏差，導致論文數據可能有所誤差。</p><p>　　由于時間精力有限，本論文僅研究厚度為20mm的正方形結構蜂窩紙板的應力

79、分布情況。因此后續(xù)的工作還有待進一步的加強。</p><p>　　由于時間精力有限，本論文僅研究了正方形蜂窩結構面內的力學性能，沒有與其它結構的蜂窩進行對比，因此后續(xù)的工作有待進一步加強。</p><p>　　由于軟件分析的環(huán)境處于理想狀態(tài)下，忽略了一些可能影響結果的參數，使得數據并不十分的精確，但仍然可以作為我們今后參考的依據。</p><p>　　在做對比試驗時

80、，由于時間、篇幅有限，只進行了厚度為10mm和厚度為20mm兩種正方形蜂窩紙板的對比分析，數據還不足以有說服力。</p><p>　　蜂窩紙板可近似的看作是閉孔材料，在其變形過程中隨著氣體的流動，尤其是在動態(tài)壓縮過程中，氣體回復力對其承載和緩沖吸能性能起到很大的作用，后續(xù)可深入研究蜂窩紙板中的氣體對蜂窩紙板壓縮機理的影響。</p><p><b>　　致 謝</b>&

81、lt;/p><p>　　首先要感謝的是我的導師，在我這幾個月的論文準備期間，從前期的開題報告的準備，實驗的開展到中期報告，最后再到論文的撰寫以及最終的定稿，我的導師 老師給予了我很大的幫助，在此表示衷心的感謝，其次，還要感謝在實驗分析過程之中，同學和朋友以及包裝工程系的其它老師給與我的指導和幫助，使得我順利的完成本論文的實驗研究。</p><p>　　同時要特別感謝學院為我提供計算機

82、實驗室和以及學校圖書館提供的寶貴的參考資料，這些都給了我良好的做畢業(yè)論文的環(huán)境。</p><p>　　同時我也要感謝上一屆的學長學姐們，他們提供了一些我論文中涉及的文獻資料，以及給了我很多的心得，這些都給了我較多的啟發(fā)，而且避免了很多的誤區(qū)，讓我的實驗和論文能夠更順利的完成。他們的幫助使我受益匪淺。</p><p>　　現在論文即將完成，再一次深深感謝所有幫助過我的良師益友和親愛的同學們，

83、以及在我論文中被我引用或參考的論著的作者。</p><p>　　本文主要研究分析了正方形蜂窩紙板結構面內的力學性能分析，并給出了相關的數據說明，但由于筆者水平有限，軟件掌握有限，知識面有限，論文中難免會有不足和錯誤，懇請專家和老師批評指正。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]葉柏彰. 我國蜂窩紙板產業(yè)發(fā)展狀

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