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1、液态奶利乐砖纸盒包装抗压强度研究 独创性声明本人所呈交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除特别加以标注的地方外,论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文的研究工作和成果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。本论文及其相关资料若有不实之处,由本人承担一切相关责任。论文作者签名丝诩涛乡月日学位论文使用授权本人作为学位论文作者了解并愿意遵守学校有关保留、使用学位论文的规定,即:在导师的指导下创作完成的学位论文的知识产权归西安理工大学所有,本人今后在使用或发表该论文涉及的研究内容时,会注明西安理工大学。西安理工大学拥有学位论文的如下使用权,包括:学校可
2、以保存学位论文;可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文:可以查阅或借阅。本人授权西安理工大学对学位论文全部内容编入公开韵数据库进行检索。本学位论文全部或部分内容的公布包括刊登授权西安理工大学研究生学经过学校保密办公室确定密级的涉密学位论文,按照相关保密规定执行;需要进行技术保密的学位论文,按照西安理工大学学位论文技术保密申请表内容进行保密附西安理工大学学位论文技术保密申请表。保密的学位论文在解密后,适用本授权。黻懒旗导师签溢薛功参嘭。日摘要论文题目:液态奶利乐砖纸盒包装抗压强度研究学科专业:食品科学包装工程研究生:石雯 签名:指导教师:郭彦峰教授 签名:夏荣厚讲师 签名:答辩时间:年月摘 要
3、利乐砖复合材料凭借其良好的阻隔性、密封性、印刷适应性以及环境友好性,在乳品包装领域有着广泛的应用前景。本文以“伊利利乐砖包装为研究对象,采用实验与有限元模拟相结合的方法,对利乐砖纸盒和满装利乐砖纸盒包装的抗压性能进行了深入研究。本文的主要研究工作包括:采用实验分析的方法研究了利乐砖纸盒顶压的抗压强度。通过对利乐砖纸盒进行静态压缩实验,测得利乐砖纸盒的应力一应变曲线及实验数据,得到了整个压缩过程中关键点的数据、变形情况及其压缩特性,并利用软件对其结果进行拟合,得到其压缩特性函数。采用软件对利乐砖纸盒顶压承载能力实验进行了模拟。得到了纸盒顶压的变形情况、应力分布云图以及纸盒顶压的变形特点,并将利乐
4、砖纸盒的有限元与实验结果对比,发现两种方法得到的结果一致。以满装利乐砖纸盒包装为实验研究对象,分别对满装利乐砖实体进行顶压、侧压和平压的静态压缩实验,得到实体对应的应力一应变曲线及实验数据。通过分析,分别得到压缩过程中的关键的数据点、变形特点及压缩特性;用软件对其结果进行拟合得到与其对应的压缩特性函数式;对满装利乐砖纸盒包装顶压、侧压和平压的压缩特性进行了对比总结。采用软件对满装利乐砖纸盒包装的抗压强度实验进行模拟。分别对满装利乐砖实体进行顶压、侧压和平压静态压缩的仿真模拟,得到利乐砖实体在这三种压缩状态下的变形图和应力云图。并将满装利乐砖纸盒包装的有限元与实验结果对比,得知两种方法得到的结果
5、一致。此外,本文还得到满装利乐砖实体分别在顶压、侧压和平压时的压缩变形特点、破损点应变和最大承载量。关键词:利乐砖纸盒包装;抗压性能;静态压缩实验;有限元分析西安理工大学硕士学位论文?一一一: :必奠:.:趣:丛:, . ,. ,?.:. ,;., , .?,? , ?;. ,?,.西安理工大学硕士学位论文.? ., , .,? , .:; ; ;目录目 录绪论?.研究背景及意义?.国内外研究现状?.国外研究状况?.国内研究现状?.本文主要研究工作.利乐砖纸盒的顶压承载性能研究?.利乐复合包装结构与材料的特点.利乐砖纸盒的项压承载性能实验分析?.强度测试.压缩特性?. .数据处理分析.利乐砖纸
6、盒项压的有限元模拟?.前处理.模拟及求解?.有限元结果?.结果对比分析. 满装利乐砖纸盒包装的抗压性能的实验分析?.顶压强度分析.顶压抗压强度测试?.。.顶压压缩特性.数据处理分析.侧压强度分析.侧压强度测试.侧压压缩特性.数据处理分析.平压强度分析.平压强度测试.平压压缩特性.数据处理分析. .整体抗压性能比较满装利乐砖纸盒包装的抗压性能有限元模拟?西安理工大学硕士学位论文.有限元分析基本流程?.有限元模拟方案的确定?.分析类型的确定?.非线性选项的设置?.加载程度分析.抗压性能有限元模拟.前处理.有限元加载求解?.有限元分析结果?.结果对比分析结论与展望.结论?.展望?.致 谢参考文献?。
7、绪论绪论.研究背景及意义生活水平的提高,使得人们对食品的营养价值需求也随之提高;又因为乳品的营养丰富,并且比其他食品更易被人体吸收,促使乳品成为人们不可或缺的食品之一。从地理位置来看,我国北部地区的草原较多,故奶源也较多;而南方以及沿海地区的经济较发达、人口较集中但草原很少,故其奶源很少而需求量很大【;且由于鲜奶的保质期很短,如果不能及时的把这些奶源丰富地区的鲜奶运输到各个消费市场,就会导致大量鲜奶资源损失、城市奶源供应不足。因此要保证乳品在运输过程中不变质、不流失,乳品包装就必不可少。无菌屋顶包、无菌塑料包、塑料袋和玻璃瓶、利乐砖和利乐枕是我们生活中最常见的奶制品包装。在低温条件下装于塑料袋
8、和玻璃瓶的巴氏奶保质期只有短短的、天;用屋顶包包装的巴氏消毒奶贮存在的环境中可以保持天不发生变质;相较而言用于包装奶的无菌塑料包的保质期稍长些,可达天;比起其他奶制品包装,在无菌条件下罐装的利乐砖和利乐枕保质期更长些,在常温条件下利乐枕可保持天不变质,而利乐砖包装可保持个月。综上可知,利乐砖包装大大提高了牛奶的保质期限,与其他同类乳品的包装相比有着显著的优势,因此吸引了国内外学者的广泛关注。丁毅等用层次分析法对比了几种常用的液态奶包装,结果表明选择包装材料时利乐砖的优势相对更大些。与其他奶制品包装相比,利乐包装尤其是利乐砖包装所能盛载乳品量更大些,并且因为它规整的结构,使得其装箱操作简单、存储
9、效率高、运输方便。利乐包是由纸板、塑料和铝箔复合而成的密封性较强的纸质复合类包装材料,其中铝箔的阻隔性能极强,能够有效的阻挡使液态奶和饮品发生变质反应的空气、光线和细菌的接入,正是由于利乐砖包装材料的这种结构组成,才使得利乐砖有较高的阻隔性和保香性能;塑料是其组成部分之一,故其具有较高的耐油性和优良的防潮、防霉性能;且利乐砖是以纸板为主要材料的无菌饮料包装,它便于回收再利用,环境友好;由此可知它是非常有效、安全且轻盈的饮品包装材料;且能使牛奶的消费更加方便而安全、保质期更长,实现了较高的包装效率。所以利乐类的包装材料的广泛应用是未来饮品包装发展的必然趋势,因此研究利乐类的包装是非常必要的。利乐
10、包是由瑞典利乐公司 开发出来的主要于各类饮品包装的产品,正因为利乐公司选择利于环境的可持续发展道路的明智举措,才使其成为绿色包装的行业引领者。利乐包装尤其是利乐砖已经被广泛应用到饮品领域,如茶饮、果汁、咖啡的包装,甚至葡萄酒的包装中都可以看到利乐砖的踪迹。利乐包装在研发时非常重视节约,这不仅为生产厂家降低了生产成本,带来了经济效益,而且为消费者带来安全和便利。利乐公司为西安理工大学硕士学位论文了坚持他的这种发展策略,长期的奋斗于研究中,最终使利乐包装在保持其性能不变的条件下,与原来的材料用量相比纸板的用量减少了%:铝箔减少了%。从另一方面看,利乐包装可以被回收再利用,做成文具、桌椅、建筑材料等
11、等,使它们在完成包装的功能后,能够“废而不弃”。与之相反的是,市场上出现了许多产品的过度包装,使产品包装的价值接近甚至高于产品的价值,这与利乐公司的做法形成了明显的对比。目前利乐包在中国的饮料包装市场的占有率达到%,这使得利乐包装成为包装未来发展的一个趋势,所以研究利乐砖势在必行。目前利乐砖包装材料的研究主要集中在利乐包的回收利用研究、堆码优化分析研究、力学性能的实验研究。要对利乐砖进行堆码优化分析与结构改良研究,即就是使其力学性能在达到要求的条件下最省材料、便于回收利用、实现循环经济模式,这就要求对利乐砖纸盒的力学性能进行研究。因为实验和有限元的研究方法在很多领域都得到了应用,且有限元方法的
12、使用可以缩短包装开发时间,其所得结果比较可靠,所以本论文拟采用实验测试结合有限元模拟的方法,研究利乐砖纸盒及装满液态奶的利乐砖纸盒的静态压缩力学性能。.国内外研究现状.国外研究状况目前国外在纸盒与纸板研究方面主要集中在瓦楞与蜂窝纸板和纸盒、纸箱的研究。至目前, 】等测试了瓦楞纸板的边压强度与瓦楞纸箱的抗压强度,再用有限元的方法模拟试验,将其与试验结果作对比。掣在瓦楞纸板的抗压强度研究中用层合板理论和实验研究了均匀后压力下瓦楞纸板抗压及失效机制。研究了纸板的本删【用纸板理论结合?构关系,并用建立了纸板的变形模型。破损理论研究瓦楞纸板的屈曲过程,并与实验值对比,分析不同的原因。等建立了瓦楞纸板和纸
13、箱的有限元模型,用模拟方法测试瓦楞纸板的各项性能,与实际试验结果相比较,并把纸板的边压强度应用于计算纸箱的抗压强度;采用瓦楞纸板的有限元均匀化模型及有限元的壳单元计算了在横向剪切力和扭矩作用下瓦楞纸板的变形情况,并把计算得到的结果与用仿真得到的结果和实验的结果对比,说明了用这种方法建模是有效的并且较精确。在纸塑铝复合材料的研究方面:年等】在覆铝膜纸板的折痕性能中研究了覆铝膜纸板压折后的一些力学性能,并通过实验方法证明标准印凹痕会使纸板表面层失效的几率加大。年等借助于用过的饮料纸盒制成的贴面三合板纸板,研究了其物理性能与机械性能,给出了以利乐砖材料为原材制成的一种纸板的性能,为利乐砖材料的回收利
14、用提供了一种途径。年等【在自动包装线的分析模型设计一文中研究了用于液态饮料包装的利乐包的包装生产线,展现了一种基于缓冲标准的绪论新包装成型器重启的控制方法。国外在纸板与纸盒的研究上主要是从理论计算、实验研究与有限元分析三方面进行研究。在利乐砖的研究主要集中在利乐包的回收利用方面,而对其力学性能的研究相对较少。由于利乐砖的多项优良特性,使得利乐砖的包装已经成为未来包装界发展的一种趋势,并且已经占有很大一部分的份额,所以研究利乐砖的力学性能,并以此作为改良利乐砖包装材料的依据,使其能在满足客户要求的力学性能条件下,使用的包装材料尽量少,包装成本尽量低,与此同时也减少了对环境破坏和污染。.国内研究现状自年至今,从纸板的研究方面来看:蒋忠道等 分析了包装纸板主要的强度特性,发现耐破度与环压强度是表征箱纸板的重要强度指标,之后分析了两者之间的关联性及影响其的相关因素,但其主要是针对瓦楞纸板进行的实验研究。张文峰等【用有限元分析软件.研究了蜂窝纸板的静态力学性能,发现在纸板的面纸和芯纸的粘结处容易产生应力集中现象,这严重影响其缓冲性能。黄晶【 】先对不同状态下所应使用的缓冲包装衬垫进行了设计,之后用有限元软件和实验测试的方法研究了缓冲包装系统的静
