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1、包装动力学复习包装动力学复习一、概念一、概念二、简答题二、简答题三、计算题三、计算题 一、概念一、概念v防护包装：防护包装：以实现防护功能为主要目的的包装称之为防护包装。防护包装主要研究产品特性、流通环境、产品损坏的形式与机理以及防止产品损坏的条件与方法。v缓冲包装：缓冲包装：主要研究在流通过程中引起包装件损坏的各种危害，研究造成这些危害的多种因素和将损坏减少到最低程度所应采取的技术或管理手段。其理论基础是包装动力学。v包装件：包装件：通常由外包装、缓冲保护介质和内装产品三个部分组成。v流通环境：流通环境：包装件在运输流通过程中所接触的一切外部因素统称流通环境。一、概念一、概念v包装动力学是分
2、析研究流通过程中的机械冲击与振动在商品上产生的响应和采取相应包装措施的一门科学。研究对象是商品的缓冲防振包装。分析内装产品在振动与冲击环境激励下破损的原因，并在经济的前提下提出防止内装产品破损的条件，其任务是为缓冲包装设计提供理论依据。v振动：振动：是物体在其平衡位置附近所做的来回往复运动，描述最基本参数是频率和加速度。v冲击：冲击：指在短暂而强烈的动态力作用下，速度或能量在极短的时间内产生突然的变化。v振动与冲击是同一类问题，其区别在于激励的持续时间。振动是长时间的持续激励引起的，而冲击是短暂的瞬态激励造成的。一、概念一、概念v自由振动：自由振动：系统只受到初干扰或外界激扰取消后，系统仅在弹
3、性恢复力作用下产生的振动。 v强迫振动：强迫振动：系统在外界激扰力持续作用下产生的振动。v共振：共振：当激振频率接近或与系统固有频率一致时所产生的系统响应加速度趋于无穷大的现象称为共振。v线性振动系统：线性振动系统：由刚性物块（质量块）、线性弹簧和线性阻尼组成的振动系统。v振动是由振源向振动系统输入信号，系统所作的响应。v激励（振源）：促使物体振动的各种外因。v阻尼：阻碍物体振动的因素，如空气的阻力，材料的内阻，物体之间的摩擦等。一、概念一、概念v固有频率：固有频率：系统在每秒内振动的次数称为固有频率，它与系统的质量和弹簧系数有关，与运动的初始条件无关。v固有圆频率：固有圆频率：系统在2秒内振
4、动的次数称为固有圆频率。v振动周期：振动周期：物体每振动一次所需的时间。v固有频率和固有园频率只与系统的质量质量 及弹性系数弹性系数有关，与运动的初始条件初始条件无关，是系统自身的固有特性。一、概念一、概念v包装件的冲击主要发生在装卸作业装卸作业和运输过程运输过程中，主要表现为垂直跌落垂直跌落和水平碰撞水平碰撞冲击。v在分析包装件的跌落冲击的过程中，冲击持续时间冲击持续时间和产品响产品响应加速度应加速度是包装动力学冲击理论中的两个重要参数。v脉冲波形脉冲波形 、脉冲峰值脉冲峰值和冲击持续时间冲击持续时间称为脉冲三要素。 v产品脆值：产品脆值：产品不发生物理损伤或功能失效所能承受的最大加速度。物
5、理损伤：指产品破裂、松动等物理变化。功能失效：指产品丧失了部分或全部的使用功能。v许用脆值：许用脆值：根据产品的脆值，考虑到产品的价值、强度偏差、重要程度等而规定的产品和许用最大加速度。一、概念一、概念v产品破损：产品破损：指产品物理的或功能的损伤，丧失了合格产品质量指标。破损是由于产品受到激烈的振动与冲击而造成的。根据损坏的性质和程度的不同，可分为三种：1. 失效：又叫严重破损，指产品丧失功能不可恢复。2. 失灵：也叫轻微破损，指产品功能虽丧失，但可恢复。3. 商业性破损：主要指产品外观有破损。v产品的破损既与其振动特性有关，又与其强度特性有关，其振动特性和强度特性决定了它抵抗振动与冲击的能
6、力。v产品破损的条件与最大冲击响应加速度最大冲击响应加速度 、速度的变化值速度的变化值和冲冲击持续时间击持续时间有关。一、概念一、概念v冲击谱：冲击谱：是易损件的最大响应加速度与脉冲时间之间的函数关系。它集中的反映了易损件的最大响应加速度与脉冲三要素（波形、峰值、持续时间）及其自身振动特性之间的关系。v破损边界理论：破损边界理论：采用产品加速度值来描述易损件的破损条件的理论就是破损边界理论。v破损边界曲线：破损边界曲线：是用冲击激励加速度来反映产品抵抗脉冲激励的能力，以冲击激励加速度为纵坐标，冲击激励速度变化量为横坐标得到的曲线。一、概念一、概念v全面缓冲：全面缓冲：指包装容器内所剩余的空间全
7、部被缓冲材料填充固定，对产品周围进行全面保护的方法。 v局部缓冲：局部缓冲：对被包装产品或内装物的拐角、棱及侧面进行衬垫缓冲的方法。vv悬浮缓冲包装法：悬浮缓冲包装法：悬浮缓冲包装法：悬浮缓冲包装法：是用弹簧把产品悬吊在包装容器内的方法。是用弹簧把产品悬吊在包装容器内的方法。v缓冲系数：缓冲系数：衬垫所受最大应力与衬垫的弹性比能之间的比值就是缓冲系数。反映了材料缓冲效率的高低，也就是单位体积缓冲材料吸收变形能越多，传递到产品上的冲击能量就越少。 v缓冲效率：缓冲效率：单位厚度缓冲材料吸收的变形能与压力之比就是缓冲效率。二、简答题二、简答题v简述包装动力学研究的主要内容简述包装动力学研究的主要内
8、容 包装动力学是研究系统动态行为的学科。包括：1、已知振源和系统动态特性，求系统响应；2、已知系统动态特性和响应求系统输入；3、已知系统的输入和输出来确定系统动态特性（模态分析，系统识别）。二、简答题二、简答题v简述简述缓冲材料的力学特性有哪些缓冲材料的力学特性有哪些材料在外力的作用下产生变形，当外力去除后材料的变形能材料在外力的作用下产生变形，当外力去除后材料的变形能完全恢复，这种性质称为弹性。分为线性和非线性两类。完全恢复，这种性质称为弹性。分为线性和非线性两类。在受到振动与冲击时，材料内部会产生与运动方向相反的阻力，这种阻力称为材料的内阻。材料在外力的作用下发生变形，当作用的外力超过材料
9、的弹性极限时，材料就出现永久变形，这种性质称为塑性。材料的抗拉强度和伸长率很低，这就是材料和脆性。在保持一定的静压状态下，材料的变形随时间的增加而逐渐增大的现象称为材料的蠕变。在静态外力作用下，在恒定温度和形变保持不变的情况下，材料内部的应力随时间增加而逐渐衰减的现象称为材料的应力松驰。二、简答题二、简答题v简述简述缓冲材料的缓冲材料的叠置（串联）和并列（并联）的等效弹性系叠置（串联）和并列（并联）的等效弹性系数计算方法。数计算方法。叠置（串联）并列（并联）二、简答题二、简答题v简述缓冲包装的形式有哪几种？其特点分别是什么？简述缓冲包装的形式有哪几种？其特点分别是什么？ 全面缓冲：指包装容器内
10、所剩余的空间全部被缓冲材料填充固定，对产品周围进行全面保护的方法。其特点是缓冲材料与产品接触面大，能吸收较大的冲击能，适用于小批量产品的包装。局部缓冲：对被包装产品或内装物的拐角、棱及侧面进行衬垫缓冲的方法。其特点是用最少的缓冲材料取得最好的缓冲效果，适用于成批大量产品的包装。悬浮式缓冲包装：是用弹簧把产品悬吊在包装容器中。其特点是产品各方面都能得到缓冲保护，适用于精密、脆弱产品的包装。二、简答题二、简答题v包装件流通的基本环节有哪些？分别对运输包装件造成损伤包装件流通的基本环节有哪些？分别对运输包装件造成损伤的主要原因有哪些？的主要原因有哪些？ 三个基本环节包括装卸搬运环节、运输环节、贮存环
11、节装卸过程：主要有抛掷、堆垛倒塌、起吊脱落、装卸机械的突然启动划过急升降运输过程：运输工具的启动、变速、转向、刹车，公路路面状况、铁路路轨接缝，气候影响等贮存过程：堆码高度、时间、环境、温湿度等二、简答题二、简答题v自由度系统的自由振动和强迫振动有什么区别？自由度系统的自由振动和强迫振动有什么区别？第一、所受振源不同：自由振动为外部单一激扰力，强迫振动为外部周期性激扰力；第二、产生频率不同：自由振动是本身固有的频率，强迫振动是与激扰频率一致；第三、响应情况不同：自由振动随频率进行振动，如果有阻尼则进行衰减振动，而强迫振动如果受到的激扰是稳定周期的，则得到一个稳态的响应，而且受到某种频率的振动时
12、会产生共振。v分析单自由度系统有阻尼强迫振动的幅频曲线规律，并说明分析单自由度系统有阻尼强迫振动的幅频曲线规律，并说明在防振包装中的应用在防振包装中的应用 当= 0时，= 1，即各条曲线有共同的起点。当=时，又有= 1，即各条曲线相交于这个公共点。在0 这个区间内，1，且曲线有最大值。当接近于1时，系统会产生强烈的振动，这种现象称为共振。当 时，放大系数小于1，并逐渐趋近于0，即激振频率越高系统响应振幅越小。根据幅频曲线的规律可以计算出产品易损部件对外部激振的响应，从而判断其能否会破损，并由此改进缓冲衬垫系统，使易损部件的响应控制在其能承受的范围内，起到保护产品的目的。 二、简答题二、简答题二
13、、简答题二、简答题v产品脆值测试的方法有哪几种？产品脆值测试的方法有哪几种？ 有碰撞机试验法、自由跌落试验法和经验估算法。v缓冲系数曲线测试的方法有哪些？它们之间有什么关系？缓冲系数曲线测试的方法有哪些？它们之间有什么关系？有静态压缩试验法和动态压缩试验法。v影响缓冲性能的因素有哪些？影响缓冲性能的因素有哪些？有温度的影响、压缩速度的影响、预处理的影响。二、简答题二、简答题v缓冲包装设计的五步设计法是什么。缓冲包装设计的五步设计法是什么。第一步确定流通环境的动力学指标 ；第二步分析产品特性，确定产品脆值 ；第三步缓冲材料的选择与衬垫用量设计 ；第四步设计并制造包装样品 ；第五步对包装件样品进行
14、实验 。四、计算题四、计算题v一包装件中，产品质量m = 8kg，产品脆值G = 45，衬垫面积A = 554cm2，衬垫厚度h = 5.87cm，衬垫材料为 = 0.152gcm3的泡沫聚氨酯，其曲线如图，该包装件自H = 40cm处跌落，试问内装产品落地后是否安全？ 解：材料的C值与值必须满足下式： 式中的单位取MPa。由于采用对数坐标，在右图上直线C =104 被变换成了曲线，此曲线与 曲线的交点坐标：C = 4， = 0.04MPa，故产品最大加速度为显然， G，产品落地后是安全的。 四、计算题四、计算题v产品质量m = 10kg，产品脆值G = 60，设计跌落高度H = 80cm，选
15、用=0.014g/cm3的泡沫聚苯乙烯（见图1）对产品作局部缓冲，试计算衬垫厚度与面积。解：这种缓冲材料是图中的曲线1，其最低点的坐标：C = 3.7， = 260kPa = 26N/cm2。缓冲衬垫的厚度为 （cm）产品重力W = 98N，缓冲衬垫的面积为（cm2）对衬垫的稳定校核： （cm2）A被分为四块， (cm2)。显然， （1.33h）2，所以上面计算的衬垫面积与厚度是可取的。 四、计算题四、计算题泡沫聚苯乙烯 0.014 岩绵150 0.068 0.42 0.020 岩绵200 0.088 泡沫橡胶 0.033 泡沫聚氨酯 0.03 刨 花 0.07泡沫聚乙烯 0.035 泡沫聚氨
16、醚 0.03 泡沫聚苯乙烯碎屑 0.08岩绵100 0.050 泡沫聚氯乙烯 0.31 塑料刨花 0.087图1 各种常用缓冲材料的曲线四、计算题四、计算题v产品质量m = 15kg，产品脆值G = 60，底面面积为40cm40cm。设计跌落高度H = 80cm，采用全面缓冲，试按最低点原则选择缓冲材料，并计算衬垫厚度。如规定用图1中=0.035(g/cm3)的泡沫聚乙烯作缓冲材料，试计算衬垫厚度。解：作全面缓冲时，衬垫面积等于产品面积，即A = 1600cm2。衬垫最大应力为 在图1的横轴上取 =55kPa的点，并向上作垂线， 曲线最低点在这条垂线上的材料为泡沫聚氯乙烯碎屑，其密度为0.08
17、g/cm3，C =6，故衬垫厚度为（cm）四、计算题四、计算题如果规定用=0.035(g/cm3)的泡沫聚乙烯作缓冲材料，则在图1的横轴上取 =55(kPa)的点，并向上作垂线与曲线相交，该交点的纵坐标C =10.5就是所要求的缓冲系数，故衬垫厚度为 （cm）计算结果表明，本例用0.035（g/cm3）的泡沫聚苯乙烯也可以作面缓冲，只是厚度太大，不经济。原因是对于这个产品，这种材料太硬了。四、计算题四、计算题v产品质量m =7.5kg，产品脆值G =20，产品底面积A =35cm35cm，设计跌落高度H =120cm，试选择缓冲材料，并计算衬垫尺寸。解 (1)局部缓冲方案选用=0.014g/c
18、m3的泡沫聚苯乙烯对产品作局部缓冲，其曲线（图1）最低点的坐标：C =3.7， =260kPa =26N/cm2，衬垫的厚度与面积分别为 （cm）（cm2）对计算结果的稳定校核： （cm2）因为 （1.33h）2，衬垫不稳定，所以局部缓冲方案不能成立。四、计算题四、计算题(2)全面缓冲方案衬垫最大应力为：在图1中，选用=0.03g/cm3的泡沫聚氨酯对产品作全面缓冲。当 =12kPa时，C =3.4，故衬垫厚度为 （cm）这个产品质量小、脆值小，跌落高度大，选用较软的泡沫聚氨酯作全面缓冲是合理的。四、计算题四、计算题v产品质量m =20kg，缓冲材料的 曲线如图，衬垫面积A =654cm2，衬
19、垫厚度h =4.5cm,包装件的跌落高度H =60cm，试求产品跌落冲击时的最大加速度。解：衬垫的静应力为 图2 聚苯乙烯的最大加速度静应力曲线在图中的横轴上取 =3kPa，并作一垂线。图上的只有4cm和5cm，没有厚度恰好为4.5cm的试验曲线，因4cm和5cm的中间取一点，这个点的纵坐标就是产品跌落冲击时的最大加速度，故所求的 =55。四、计算题四、计算题v产品质量m =10kg，产品脆值G =72，底面积为35cm35cm，包装件的跌落高度H =90cm，选用的缓冲材料如图3，试问对这个产品是作全面缓冲好，还是作局缓冲好？解： 对产品作全面缓冲时，衬垫静应力为 图3 曲线的使用方法在图3上，作直线 =G =73和直线 =0.8kPa，两直线的交点F在给定曲线之外，这说明，即使是取h =12.5cm，也不能保证产品的安全。若坚持作全面缓冲，则厚度还要大大增加，经济上是不合理的。采用局部缓冲时，应取h =5cm，因为它的 曲线的最低点的 =73，恰好等于产品脆值，四、计算题四、计算题这个点的静应力 =2.5kPa0.25N/cm2，故衬垫面积为采用四个面积相等的角垫，则每个角垫的面积为衬垫的稳定校核： Amin （cm2）上面的计算表明，局部缓冲不但可以大大减小衬垫厚度，而且可以大大减小衬垫面积，所以，就这个产品和这种材料来说，还是局部缓冲为好。
