运输包装系统动态特性的逆子结构分析计算
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运输包装-包装动力学复习内容一、包装动力学基础知识1.名词解释(1)运输包装。
以运输存储为目的的包装,具有保障产品安全、方便储运、装卸、加速交接、点验等作用。
在商品的运输和储存过程中,应用某种适宜的材料和容器保护其价值与状态的技术措施。
(2)包装动力学。
分析研究流通过程中的机械振动与冲击在商品上产生的响应和采取相应包装措施的一门学科。
(3)质点动力学。
研究质点所受的力与运动之间关系的学科。
(4)流变学。
是力学的分支,研究材料在受到外界激励作用下产生的与时间有关的变形与流动的规律(或关系)的学科。
(5)弹性。
缓冲材料在力的作用下产生变形,当外力撤去时能恢复其原有状态的能力。
(6)塑性。
物体承受外力作用而产生的变形超过其弹性限时,材料内部产生流动,以致造成永久变形或破坏的性质。
(7)粘性;物体受力作用时,其内部产生与速度有关的阻力,这种阻力与加载速度不可分割,因此称为粘性内阻。
(8)蠕变;材料在保持一定静压状态下,变形随时间而增加的现象。
(9)松弛;材料的变形在保持不变的情况下,材料内部的应力随时间的增加而减小的现象。
2.问答题(1)包装动力学的研究内容和研究对象是什么?答:包装动力学研究包装件对流通过程中的振动与冲击环境的响应,分析内装产品在振动与冲击激励下破损的原因,并在经济的前提下提出防止内装产品破损的条件。
其研究对象是产品和缓冲防振包装。
(2)包装动力学与运输包装设计的关系是什么?答:包装动力学是运输包装的一部分,属于理论基础内容,包装动力学通过理论分析和实验手段获得数据,为运输包装设计提供设计依据。
(3)外力对包装件(或者物体)的作用效果可用什么来表示?和哪些因素有关? 答:作用效果可用最大加速度、力的时间效应、力的位移效应来表示。
和外力作用在产品上产生的最大加速度、力的作用时间间隔、力随时间变化曲线(波形)有关。
(4)外力与变形和应力与应变有何关系? 答:A F =σ,t x =ε,x F k =,εσ=E ,tEAk = (5)缓冲材料缓冲性能的好坏可用哪些性质来表征? 答:弹性、塑性、粘性、蠕变、松弛。
随机振动条件下包装件动态特性识别方法
朱大鹏
【期刊名称】《包装工程》
【年(卷),期】2017(38)17
【摘要】目的建立一种识别包装件在随机振动激励条件下的动态特性方法。
方法
基于多自由度系统的伊藤方程,运用随机响应矩分析法分析系统的恢复力特性和阻
尼特性与响应统计量之间的数学关系,建立应用推导的代数关系分析系统动态特性
的方法。
采用单自由度非线性系统和二自由度线性系统作为实例,验证方法的准确性。
结果从实例中参数识别结果和真实值的对比表明,识别结果的误差小于2%,具
有良好的准确性。
文中方法是一种仅应用响应数据的时域方法,具有良好的通用性。
结论文中方法可用于随机振动激励条件下包装件的动态特性识别。
【总页数】6页(P96-101)
【关键词】动态特性识别;随机振动;支座激励;时域分析
【作者】朱大鹏
【作者单位】兰州交通大学
【正文语种】中文
【中图分类】TB487;TB485.3
【相关文献】
1.《包装运输包装件基本试验第23部分:随机振动试验方法》国家标准审查会在
京召开 [J],
2.随机振动下产品包装件动态响应的实验研究和有限元分析 [J], 王志伟;林深伟
3.基于ANSYS的弹性约束包装件的随机振动\r特性分析 [J], 刘桓秀;陆佳平
4.非高斯随机振动下包装件时变振动可靠性分析 [J], 朱大鹏
5.包装件中易损零件对随机振动环境的响应 [J], 向红汤;伯森
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运输包装_暨南大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.运输包装标志分为:参考答案:收发贷标志、包装储运图示标志、危险货物包装标志和包装回收标志;2.关于GS1-128码,下列哪种说法不准确?参考答案:转换字符(SHIFT)将先前确定的字符集A切换到字符集B,或从字符集B切换到字符集A;3.关于定频振动试验,下列哪种说法不准确?参考答案:定频振动试验只考察运输包装件垂直方向的振动影响;4.运输包装的发展包括:参考答案:运输包装容器和集装器具的发展、运输包装技术的发展、运输包装设计理论的发展;5.塑料运输包装容器要获得优良的性能,参考答案:需从塑料的物理化学性能、加工成型工艺、容器形状结构等方面加以考虑;6.关系缓冲系数的测定,下列哪种说法不准确?参考答案:不管是采用准静态压缩法还是动态冲击法测得的材料缓冲系数是一致的;7.关于收缩包装与拉伸缠绕包装技术,下列哪种说法不准确?参考答案:收缩包装与拉伸缠绕包装对薄膜材料的性能要求是一样的;8.包装件内产品振动疲劳的时间,参考答案:与产品本身的加速度振动疲劳寿命曲线有关,还与包装件的固有频率有关;9.缓冲包装设计要解决的核心问题是:参考答案:缓冲材料的选择、缓冲垫的结构设计、缓冲垫的尺寸设计;10.产品破损包括:参考答案:失效、失灵和商业性破损;11.关于产品破损边界与产品脆值,下列哪种说法准确?参考答案:加速度脉冲幅值低于易损件脆值(Acg)的1/2,或脉冲速度改变量低于易损件脆值(Acg)与其固有圆频率的比值,产品不会破损;12.湿度对包装件的影响有:参考答案:可使包装材料物理性能产生变化,可使农产品、食品、药品等腐败、变质;13.关于二维码,下列哪种说法不准确?参考答案:快速响应矩阵码(QR Code)是具有代表性的堆叠式二维码;14.关于温湿度试验,下列哪种说法不准确?参考答案:温湿度试验为恒温恒湿试验;15.在最大加速度-静应力曲线上作出最大加速度等于产品许用脆值的水平线,参考答案:水平线以下曲线上的最低点,为缓冲垫的最安全设计点;16.对于两种材料的组合问题,不管是叠置还是并列,组合后材料的应力应变曲线,参考答案:介于两种材料的应力应变曲线之间;17.托盘集装单元强度设计主要涉及:参考答案:货架强度、堆码强度、叉举强度、抗冲击强度和稳定性;18.当作用于包装件的随机激励信号为宽带,则产品响应为参考答案:窄带信号;19.关于缓冲材料,下列哪种说法不准确?参考答案:瓦楞纸板、蜂窝纸板、纸浆模等纸制品属于结构型发泡缓冲材料,实际应用很多;20.路面频域模型是指:参考答案:在一段有意义的空间频率范围内,用功率谱密度(PSD)方法来描述路面不平度;21.铁路运输过程中,车辆的振动:参考答案:与运行速度、运行状态、轨道基础及平整度、载重量等都有关;22.关于钢桶,下列哪种说法不准确?参考答案:钢桶的规格尺寸目前还未标准化;23.蜂窝纸板的静态和动态压缩应力-应变曲线具有明显的阶段性,分别为:参考答案:弹性阶段、首次屈曲阶段、屈曲平台阶段和密实化阶段;24.关于木包装箱分类,下列哪种说法不准确?参考答案:按内装产品在箱内的载荷情况和流通环境条件的不同分为普通木箱、一级木箱和二级木箱;25.目前,实现智能运输包装主要有三种技术:参考答案:传感器技术、指示剂技术和无线射频识别技术;26.关于蓄冷保温箱,下列哪种说法不准确?参考答案:蓄冷保温箱的热交换是通过对流和辐射作用的结果;27.关于跌落试验,下列哪种说法不准确?参考答案:跌落试验用于评价运输包装件自由跌落时的抗冲击能力和包装对产品保护能力,适用于所有大小和重量的运输包装件;28.关于缓冲包装,下列哪种说法不准确?参考答案:缓冲包装设计最核心的就是要设计好外包装容器;29.关于大型运输包装件跌落试验,下列哪种说法不准确?参考答案:大型运输包装件的跌落高度一般在30-2000px范围内选取;30.关于产品受冲击后易损件加速度响应,下列哪种说法不准确?参考答案:易损件加速度响应与易损件固有频率无关;31.关于集装箱的设计,下列哪种说法不准确?参考答案:一般用整体喷水试验方法校验集装箱的风雨密闭性;32.关于集装单元,下列哪种说法不准确?参考答案:集装单元指集装箱、集装架和托盘;33.最大加速度-静应力曲线描述产品跌落冲击过程中,产品最大加速度响应与参考答案:静应力、跌落高度、缓冲材料厚度之间的关系;34.公路运输产生的冲击,主要取决于:参考答案:路面状况、车辆性能、车辆的启动和制动、车速等,也与载重量及装货固定方式有关;35.关于堆码包装动压力的获取,下列哪种说法准确?参考答案:可通过建立堆码包装动态模型的分析方法或实际测试的实验方法获得;36.堆码包装动压力较静压力的放大倍数,参考答案:与前几阶振型、共振处频响函数值和包装件所处位置有关;37.我国(GB/T 4796-2017)对产品的环境条件按性质分为:参考答案:气候条件、生物条件、化学活性物质、机械活性物质、污染性液体、机械条件、电和电磁干扰;38.关于缓冲材料组合,下列哪种说法不准确?参考答案:并列后组合弹性模量与两个材料弹性模量和厚度有关;39.关于发泡聚氨酯跌落冲击的动态压缩应力-应变曲线,下列哪种说法不准确?参考答案:它与发泡聚氨酯静态压缩应力-应变曲线基本相同;40.关于缓冲材料力学模型,下列哪种说法不准确?参考答案:正切型材料模型属于线性缓冲材料模型;41.决定多层瓦楞纸板静态压缩平台应力的主要因素为:参考答案:瓦楞芯纸的屈服强度、瓦楞形状和楞型、厚跨比;42.变频振动试验包括:参考答案:扫频振动试验、扫频+共振试验、变频重复冲击试验;43.若产品加速度信号是一个稳态零均值高斯过程,产品加速度首次穿越破损概率,参考答案:与包装件固有频率、许用产品脆值、物流振动总时间、产品加速度功率谱有关;44.关于材料最大加速度-静应力曲线的测定,下列哪种说法不准确?参考答案:实验中,不需改变重锤的重量,仅需改变缓冲材料试样厚度和重锤的跌落高度,就可获得材料最大加速度-静应力曲线族;45.决定蜂窝纸板吸能性能的主要因素为:参考答案:纸材料屈服强度、厚跨比、应变率和湿度;46.关于随机振动试验,下列哪种说法不准确?参考答案:一般用加速度均方根来描述随机振动试验的输入和输出;47.关于缓冲包装结构设计,下列哪种说法不准确?参考答案:局部缓冲包装就是在产品的底部进行缓冲包装;48.关于气候环境试验评价,下列哪种说法不准确?参考答案:低气压试验适用于评价空运时增压仓和飞行高度不超过3500m的非增压仓飞机内的运输包装件耐低气压的能力及包装对产品的保护能力,也可用于评价海拔较高的地面运输包装件。
运输包装CAD系统的构成及应用传统包装运输设计是:根据实验得到产品的脆值,再由有关公式流通条件进行缓冲衬垫、外包装容器的设计和纸箱结构的优化设计,还要进行校核和长时间的实践检验。
最后产品才能得到较为理想的包装。
传统的运输包装设计的方法历史周期长,要对产品直接试验才能确定产品的脆值,还要借助实践检验,所以会造成产品浪费;也容易造成产品的过包装,从而造成包装材料的浪费。
能不能采用一定的理论、方法和技术将这一设计过程借助于计算机完成,已知产品和流通条件,直接求解产品脆值并设计出合乎要求及经济可行的缓冲衬垫和外包装容器。
笔者所要论及的运输包装1、产品脆值求解模块该模块的主要功能是由产品的已知参数(尺寸、弹性模量E、泊松比λ、密度ρ、阻尼系数γ等)出发,模拟试验条件,利用计算机直接求解产品脆值。
传统求脆值的方法主要有:冲击机试验法、缓冲跌落试验法等。
它们都是将产品在受到一定的瞬态冲击,直至产品产生损坏丧失使用价值的情况下,对测得的数据进行处理而得到产品的脆值。
该软件模拟试验来求解产品的脆值主要解决了以下问题:(1)分析产品的结构特点,将产品按一定的原则离解成几个子结构。
利用有限元法对各个子结构进行分析,分别建立它们的模型。
(2)用动态结构法,借助于联结点的位移连续性条件,对各个子结构进行组合计算,建立系统方程。
(3)通过对产品大量破损事故的调查分析和研究工作,找到产品常见破损部件,进行分类,并对其进行易损性分析,建立各类部件破损判断条件。
(4)模拟试验条件对产品施加冲击激励。
(5)利用振型叠加法求解系统方程,得出该产品各脆弱部件处节点对该激励的响应,并判断其破损情况。
(6)若没有发生脆弱部件的破损,则以一定大小的百分比不断增加冲击激励,重复上述过程,直至刚好产生某一部件的破损,则用上次的冲击激励的大小与重力加速度的比值作为产品脆值;若有部件发生破损且是第一次施加激励,则以大比例减小激励直至无部件损坏时,再增加激励重复以上的过程;若不是第一次施加激励则可直接求助产品的脆值。
运输包装系统动态特性的逆子结构分析计算吕广庆,王志伟,王雷(暨南大学,珠海519070)摘要:在针对/产品-包装耦合-运载体0运输包装系统中的包装耦合体,给出确定其动态刚度的逆子结构分析计算公式之后,应用集总参数模型全面检验了适用于运输包装缓冲防震系统动态特性分析与评价的逆子结构计算公式。
结果表明,相关的6个关键计算公式在集总参数模型的理想状态下,具有完备的计算有效性。
关键词:包装耦合体;逆子结构;动态特性;集总参数中图分类号:TB485.3 文献标识码:A 文章编号:1001-3563(2006)04-0012-03收稿日期:2006O 06O 16基金项目:暨南大学珠海学院引进优秀人才科研启动基金(2005-10-001)作者简介:吕广庆(1964-),男,河南罗山人,美国A l aba m a 大学和西安交通大学双博士,暨南大学副教授,主要研究方向为结构动力学、包装运输、机械设计与工程声学。
Inverse Sub -structuring Analysis and Computations of D yna m ic Characteristics of T ransportation Packag ing Syste mLU G uang-q i n g,WANG Zh i -w ei ,WANG Lei(J i nan U n i ve rsity ,Zhuha i 519070,Ch i na)Abstract :A fter prov idi ng the f o r mu l a fo r dyna m i c stiff ness calcu l a ti on v i a i nverse sub-structuring ap -pro ach on t he coupli ng un it-of-packag ing o f a "produc t-packag i ng /coup li ng-ca rrier"system,key fo r -mu l ae for ca l culati ng dyna m ic charac teristi cs of the syste m w it h shock bu ffer i ng and v i bration contro lw as ve r -ified by a lu mped m ass m ode.l R esu lts sho w ed tha t under i deal status o f the m ode,l all the si x f o r mu lae re -lated have perfec t eff ec ti veness i n the ca l culati ons .K ey w ords :coup li ng un i t -o f -packag i ng;i nverse sub -structuring ;dynam ic character istics ;lu mped para m eters复杂结构系统的正确建模是激励-响应动态分析的十分关键的基础环节,这包括各系统部件的动力学参数设置与确定、多因素的考虑(如非线性作用),以及部件之间的耦合方式及其参数配置等[1]。
在实际物流工程应用中,产品、包装与运载体一起在多数情况下构成复杂的耦合结构系统,既使单件包装产品也常常是由多个零部件组合的复杂结构,它们在运输过程中受到随机的颠簸、冲击与振动激励。
目前,国内对缓冲防震包装的系统设计本身关注较多,而从系统的角度进行动力学分析与评价相对欠缺,对随即激励作用下非线性包装系统的分析设计工作尚不多见[2]。
现有的针对产品-运载体缓冲防震包装系统的动力学分析理论,因系统及其各部件之间的耦合复杂,加之诸如非线性等诸多影响因素,使得建模分析结果往往与实际应用之间存在较大误差。
徐伟民等[3,4]将车辆与包装件统一考虑,对/车辆-包装件0这一复杂系统以传统的激励-响应的正问题方法进行动力学建模与分析,并仿真计算了从路面激励到包装件动态响应。
由于对产品包装件与车辆之间的耦合进行简化地假设,因而研究结果在实用中会受到限制。
论文作者于文献[5]中首次提出了采用动态逆子结构分析(Inverse Substructur i ng A nalysis)这一国外新进发展的动力学方法,以试验测量代替理论建模,由在线测量的激励-响应函数建立/产品-包装-运载体0系统的动态特性,具有较强的工程适用性。
本文对文献[5]所述的动态逆子结构技术方法作进一步深入研究,以完善该技术理论应用基础。
首先,根据该方法的基本理论,给出计算缓冲防震包装系统中的关键环节)))包装耦合体的动态刚度。
然后,对相关的关键理论公式,通过集总参数模型进行全面的校验。
目的是通过检验它们的计算有效性,为其实际工程应用提供进一步的理论依据。
1 运输包装系统逆子结构分析方法产品与运载体(如车辆、船舶和飞行器等)之间的包装耦12包装工程 PACKAG I NG ENG I N EER I NG V o.l 27N o .42006.08合包括除产品本身之外的全部包装材料与结构(如内包装材料层、缓冲垫层、外包装箱等)。
除此之外,产品与运载体之间还可能会存在附加的联接结构(如悬吊、包扎捆绑等)。
包装结构与这些附加联结结构一起统称为包装耦合体(coupling u -n it-of-packag ing)。
/产品-包装耦合-运载体0可简化为二级耦合的子结构模型。
以常用的运载体车辆为例,这种二级子结构物理模型见图1。
在模型中,包装耦合体的质量忽略不计,其动态特性由具有动刚度K s =k s +i X c s 的弹簧-阻尼元件表示。
图1 产品包装车辆系统二级子结构模型F i g.1Tw o-c l ass sub-struct ur i ng m odel ofa product-packag ing -vehic l e对于图1所示的二级耦合子结构系统,系统水平的激励-响应函数是H s ,o (a )i(b )、与部件水平的函数H o (a )c (a )j 和H c(b )j i(b)具有如下关系[5]:H s ,o (a)i(b)={H o (a)c(a)j }1@p [C j j ]p @p {H c (b)j i(b )}p @1(1)其中,C jj =[H c (a)j c(a)j +H c(b)j c(b )j +K -1s]-1;下标s 、p 、j 分别代表/系统水平0、/耦合点数0和每个耦合点的/自由度数0(j =1-x 向、2-y 向、3-z 向);C jj 具有包装耦合体综合动刚度的意义。
在弱交叉耦合状态下,部件水平的函数H o (a)c(a )j 、H c (b)j i(b )、H c(a )j c(a)j 、H c(b)j c(b )j 可由在线测量的系统水平激励-响应函数根据如下公式计算得到:H o (a)c(a)j =[H s ,c(a)j c(a )j H s ,c (b )j c(b)j-H 2s ,c(a)j c(b)j ]H s ,o (a)c(a )j[H s ,c (b )j c(b)j -H s ,c (a)j c(b )j ]H s ,c(a )j c (a)j(2)H c(b)j i(b )=[H s ,c(a)j c (a)j H s ,c(b )j c (b )j -H 2s,c(a)j c (b)j ]H s ,c (a)j i(b )[H s ,c (a)j c(a)j -H s ,c(a )j c(b )j ]H s ,c(a)j c(b)(3)H c(a )j c(a)j=H s ,c(a)j c(a )j H s ,c (b )j c(b)j-H 2s ,c (a)j c(b )j H s ,c(b)j c(b )j-H s ,c (a )j c(b )j(4)Hc(b)j c(b )j=H s ,c (a)j c(a)j H s ,c(b )j c(b )j -H 2s ,c(a )j c (b )jH s ,c(a)j c (a)j -H s ,c(a)j c(b )j(5)这里,根据文献[5]中的(5)式和(6)式进一步推导出包装耦合体的动态刚度计算公式(步骤从略),结果如下:K s ,j j =H s ,c(a)j c (b )jH s ,c (a)j c(a)j H s ,c(b)j c(b )j-H s ,c (a )j c(b )j(6)这就给出了包装耦合体动态刚度由可直接测量的系统水平激励-响应函数来计算的公式。
公式(6)与式(1)~(5)一起提供了一套通过实际运输包装系统的系统水平激励-响应函数来计算各部件的部件水平动态特性函数。
它们可作为弱交叉耦合条件下缓冲防震运输包装系统的动态逆子结构分析技术的基本算式。
2 动态特性的数值计算这里仍然采用文献[5]中图3所示的集总参数模型及其参数来全面检验上述技术理论公式的计算有效性。
该模型的几个关键动态特性见图2(注:这里将原模型垂向布局改为水平布局,不影响分析),它们包括:分立部件A 和B 在非耦合状态下的激励-响应传递函数(由A 上的耦合点到产品响应传递函数H o(a)c(a)、由车辆路面激励到B 上的耦合点的传递函数H c(b )i(b )),两部件通过包装耦合体的耦合动刚度(K s ),以及系统水平由部件B 的激励(ib )到产品部件A 的响应(oa )的传递函数(H s ,o (a )i(b )),它们由上述式(1)~(6)来计算。
图2 集总参数模型及关键传递函数F i g .2L u mped m ass m ode l v ersus key transf e r f uncti ons 为了检验公式(1)~(6)的数值计算有效性,要进行3个方面的比较计算。
由于模型中2个部件之间只有一个耦合点,且只考虑单一方向(这里取水平左向)的坐标分量,所以数值分析中简单地取:p =1,j =1。
在进行计算之前,首先要计算出部件A 和B 及其耦合集总参数系统的传递函数矩阵,分别由H a 、H b 和H s 表示,矩阵大小分别是2@2、5@5和7@7。
比较计算如下:1)检验逆向计算部件水平动态特性的有效性。
先由H s 得到系统水平的激励-响应函数H s ,c(a)j c (a)j 、H s ,c (b )j c(b)j 和H s ,c(a)j c (b)j ,后用式(2)~(5)来计算部件水平的传递函数H o (a)c(a)j 、H c(b)j i(b )、H c(a)j c (a)j 和H c (b )j c(b)j ,最后将计算结果与直接由非耦合部件的传递函数H a 和H b 得到值(分别为H a (1,2)、H b (1,5)、H a(2,2)和H b(1,5))相比较;2)检验正向合成系统激励-响应模型的有效性。