《缓冲包装动力学》实验指导书08.5
华北理工缓冲包装动力学课件第1章 绪论
苏远，汤伯森，缓冲包装理论基础与应用，北京化 学工业出版社，2006.8第1版，20元。
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§1.1 缓冲包装动力学的研究对象
缓冲包装动力学的研究对象
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，其任务是为缓冲包装设 计提供理论依据。
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§1.2 学习要求
学完本课程，至少你应该懂得：
单自由度包装件系统的振动特性 单自由度包装件系统的冲击特性
本课程过程中应完成：
平时作业若干 与本课程相关的科技论文一篇(不少于4500字)
附加学习知识：
如何快速高效写科技论文 (EndNote&NoteExpress)
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考核方式：闭卷(80%)+平时成绩(20%)
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《缓冲包装动力学》
第1章 绪论
本课程用到的数学知识：
导数、微分 常微分方程 级数、傅里叶变换等
用到的力学知识：
应力、应变 弹簧刚度时：32 教材：
彭国勋 主编. 物流运输包装设计. 北京：印刷工业 出版社. 2006.10第1版. 48元。
参考书：
平时成绩=作业+论文
要说明的
所讲内容不限于一本书，来自好几本书，请勿死 读书
不拷给讲稿，请记笔记
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我能提供的信息：
电话： 邮箱： QQ：
今天的要求：
用自己邮箱给我发件，以“学号后四位+姓名” 为标题。
完成一个作业：解方程aY’’+bY’+cY=0(a,b,c均为 常数，且a!=0；Y为变量)
缓冲包装衬垫的仿真实验
目录1绪论 (1)1.1包装的定义 (1)1.2缓冲包装概述 (1)1.2.1缓冲包装的定义 (1)1.2.2缓冲包装的目的、要求与原则 (1)1.2.3 缓冲包装设计考虑的因素 (2)1.2.4 缓冲包装的意义 (2)1.3 本课题研究的内容意义和目的 (2)2 缓冲包装理论概述 (4)2.1缓冲包装理论及发展 (4)2.1.1缓冲包装理论的发展 (4)2.1.2 缓冲包装设计理论存在的问题 (5)2.1.3 缓冲包装技术的发展趋势 (6)2.2 脆值与边界破损理论 (7)2.3 缓冲包装的方法 (9)3 家电缓冲包装概述 (10)3.1 家电流通环境 (10)3.2 家电缓冲包装现状及趋势 (13)3.2.1家电缓冲包装现状 (13)3.2.3我国家电包装存在的问题 (15)3.3 缓冲包装材料 (15)3.3.1 缓冲包装材料简介 (15)3.3.2 缓冲材料选择的要求 (16)3.3.3 市面上家电包装所用外包装箱和缓冲衬垫材料性能及结构特点分析 (17)4仿真实验 (30)4.1 本课题缓冲包装对象的选择与描述 (30)4.2缓冲结构设计 (30)4.3绘制缓冲衬垫的简化易损结构 (31)4.4确定材料属性 (31)4.5定义约束和载荷 (32)4.6三维建模 (32)4.7Pro/MECHANICA分析 (34)4.8具体实现步骤 (36)4.8.1有限元模型的建立 (36)4.8.2 进行基本应力（静应力和屈曲）分析 (45)5结论 (53)参考文献 (54)致谢 (57)1绪论1.1包装的定义包装是伴随着人类生产活动的发展而发展的。
当生产的产品出现剩余，人类要求进行产品间的交换或销售。
这种为在流通过程中保护产品，方便储运，促进销售，按一定技术方法而采用容器、材料及辅助物等的总体名称，就叫做包装[1]。
产品包装是保护产品的使用价值、保护产品的性能、结构和外观的主要手段，也是生产、储运和销售过程的需要。
包装动力学与缓冲包装设计
包装动力学与缓冲包装设计引言包装是将商品保护、展示和运输的重要手段之一。
在商品的生命周期中，包装的设计和材料选择至关重要。
特别是对于易碎品和贵重品来说，包装的缓冲设计是非常重要的。
本文将介绍包装动力学和缓冲包装设计的基本原理和方法。
包装动力学包装动力学是研究包装在运输过程中所承受的力学和振动影响的学科。
运输过程中，包装容易受到振动、冲击和压力等外力的影响，从而导致商品的破损。
因此，了解包装在运输中的动力学特性对于包装的设计至关重要。
包装动力学研究的主要内容包括包装在运输过程中受到的力学和振动特性的测量和分析，以及各种外部因素对包装的影响，如路面状态、运输工具的振动等。
通过针对不同的运输方式和包装材料的特性进行实验研究，可以得出各种包装在运输过程中的振动、冲击和压力等特性，为包装的设计和改进提供科学依据。
缓冲包装设计原理缓冲包装设计是通过选择适当的材料和结构，减少或消除运输过程中对商品的振动、冲击和压力等不良影响，保护商品的完好性。
缓冲包装设计原理包括以下几个方面：1. 选择合适的缓冲材料缓冲材料的选择应根据商品的性质和运输过程中的动力学特性来确定。
常见的缓冲材料包括泡沫塑料、泡沫纸板、气泡膜等。
不同的缓冲材料具有不同的缓冲性能，需要根据具体情况进行选择。
2. 设计合理的缓冲结构缓冲结构的设计应充分考虑商品的形状、重量和运输过程中受到的力学和振动特性等因素。
合理的缓冲结构可以通过增加缓冲材料的厚度、使用缓冲材料填充空隙等方式来实现。
3. 考虑运输环境和运输路线不同的运输环境和运输路线对包装的振动和冲击影响有所不同。
在设计缓冲包装时，需要考虑运输环境的不同，选择适合的缓冲材料和结构。
同时，还要考虑运输路线的不同，避免长时间运输和复杂路况对包装的不良影响。
缓冲包装设计实例以电子产品手机的包装为例，介绍缓冲包装设计的实际应用。
1.缓冲材料的选择：选用具有较好缓冲性能的泡沫塑料作为内包装材料，以吸收外部冲击和振动。
包装缓冲设计
（5）、设计原型和测试 建立一个原型，确定其实际性能。
（6）、考虑振动的影响 确定任何易受震动损害部件的自然频率， 并与你的包装设计振动特性比较。
（7）、监控性能 监控你设计的性能来决定何时内部设计 变化可能改变包装性能的需求。
三、十步法包装缓冲设计
• （1）、明确产品的物理特性 • （2）、考虑市场和物流运输对产品缓冲 设计的要求 • （3）、考虑缓冲设计会遇到的环境危害
• （5）、“六步法”和“五步法”在设计思想、 设计方法方面还有一些关键区别。 1）、“六步法”将产品改进设计融入包装防 护设计 ，实现了产品与包装的联合设计思想 ， 基于可接受脆值水平( A FL : Accepted Fragility Level) 概念有效地解决了产品改进 设计与包装成本、包装动力可靠性之间的相互 制约关系和技术要求 ，可以实现最大限度地 降低包装成本。
• （2）、设计目标基本相同。这 2 种设 计方法都是针对给定的产品的物流货运 条件 ，设计一个合理的包装系统 ，保护 产品、方便贮运、防止包装破损。
• （3）、理论体系相同。著名论文 《Dynamics of Package Cush io ning》 和《Fragility Assessment Theory and Test Procedure》是缓冲包装设计 “五步法”和“六步法”的理论基础。
• （4）、考虑包装材料和货物单元的选择 • （5）、设计物流运输包装 • （6）、通过性能测试检测缓冲包装设计 的质量
• （7）、如果缓冲设计质量不够，重新设 计包装或货物单元直到它满足所有的测 试要求 • （8）、如果有必要的话重新设计产品
• （9）、发展改进包装设计的方法 • （10）、记录所有的工作，评价结果
实验二缓冲包装材料动态压缩试验
实验二缓冲包装材料动态压缩试验一、实验目的动态试验比静态试验更接近于包装件实际受载情况，更能真实地反映材料的缓冲性能，因而用动态缓冲特性曲线设计缓冲包装精度会更高。
通过对材料进行动态压缩试验，掌握实验的原理、实验步骤和缓冲材料冲击试验机的使用方法，并绘出最大冲击加速度—静应力（G m— st）曲线。
二、试验原理重锤从预定跌落高度自由冲击缓冲包装材料试样，然后利用固定在重锤上的加速度传感器测量出冲击加速度—时间曲线、冲击波形、冲击持续时间及最大加速度。
在不改变缓冲包装材料试样的厚度和跌落高度的情况下，只改变重锤的重量，则得到一系列最大加速度和静应力。
以静应力为横坐标、最大加速度为纵坐标，可得到缓冲包装材料的最大加速度—静应力曲线。
若保持跌落高度不变，仅改变缓冲包装材料的厚度，则可以得到对应于不同厚度的最大加速度—静应力曲线簇。
若保持缓冲包装材料的厚度不变，仅改变跌落高度，则可以得到对应于不同跌落高度的最大加速度—静应力曲线簇。
三、试验仪器设备缓冲包装材料的动态缓冲特性测试系统如图所示，它是由缓冲材料冲击试验机和测试系统两部分组成。
图缓冲包装材料的动态缓冲特性测试系统1．缓冲材料冲击试验机缓冲材料冲击试验机由底座、导柱、冲击台、重锤（可配砝码调节重量）、提升装置、释放装置、制动装置等组成。
2．试验测试系统测试系统包括加速度传感器、放大器、显示或记录装置等。
测试系统应具有足够的频率响应，在测量范围内，测试系统的精度应在±5%之内。
目前，测试系统一般还具有数据分析与处理功能，能够绘制缓冲特性曲线，以及各类数据文件管理等的功能。
四、试验样品1．样品材料、试验样品的取样、试验样品的尺寸和试验样品的测量要求与静态压缩试验完全相同。
2．按照国家标准GB/T 8167（包装用缓冲材料动态压缩试验方法）的要求，为了得到最大加速度—静应力曲线，要求通过试验至少测得该曲线上的5个点，再由这些点绘制出完整曲线。
第六章运输包装缓冲设计 包装动力学教学课件
G 20 选用弹簧（或多级缓冲）如：大型
计算机、精密仪器
30G250 选用泡沫塑料、海绵。如：
电视机、冰箱等。
400G600 选用橡胶、木材。
G 1000 不用缓冲材料。
二．缓冲衬垫尺寸的确定
1.
C
曲线的应用
m
该曲线是表示材料缓冲能力的一种基本曲
线，可通过静态或动态试验得到。
（1）在应用 C m曲线设计缓冲衬垫时，基
在缓冲设计时，应校核产品在载荷方向上与 缓冲材料的接触部分的强度。如果该部位不能承 受，则应重新计算缓冲衬垫尺寸。
产品与衬垫之间的作用力是相互的，在基础 设计中，为了节省材料，常常设法减小衬垫的负 载面积，由此带来的后果是产品的支承面的应力 集中，可能导致产品的局部破损。因此，必须 校核产品支承面的应力，控制在产品强度所允许
效投影面积容易求得，当产品为立方体时：
全面缓冲包装 Ae 2L2 L2 2L2 3L2
局部缓冲包装 Ae 4 2L2 4L242L243L2
所以基于面冲击设计的缓冲衬垫只要能够通 过角冲击校核，就一定能满足棱冲击的要求。
③ 理论估算法
根据产品结构，材料的特性，用力学模型计
算推导出产品脆值。
（3）缓冲材料的缓冲特性 在缓冲设计中主要了解材料的缓冲性能。也
就是材料 C m 和Gm st 曲线。在选择缓
冲材料时，应根据产品的特性来选用。对于形状
简单的，可以选用瓦楞纸包装。对形状复杂、脆
弱易损的产品，就要选用合适的缓冲材料。
（1）全面缓冲角跌落等效面积的确定 ①面跌落与角、棱跌落最大加速度Gm的变化:
Gm (角)<Gm(面) 原因：a.角、棱跌落时外包装容器的变形大，能 吸收较多的冲击能量； b.角、棱跌落时承载面积比面跌落面积大。 ②等效面积计算 设容器一角与底面接触，受到的冲击力为 ,该 力向围成这一角的三个面上的分力为： 它们与力 的夹角分别为
缓冲包装材料的动态性能测试-机械工程学院
振动传递特性测试实验
燕山燕大山学大包学装包工装程工实程验实室验室
NI虚拟仪器数据采集系统介绍
燕山燕大山学大包学装包工装程工实程验实室验室
振动传递特性测试实验
测试实验按照国家标准GB8169“包装用缓冲 材料振动传递特性试验方法”进行试验。具体实 验步骤和实验要求如下：
1、分别在质量块中和振动台上安装加速度传感器。 2、调节质量块的质量，对试样施加所需的静载荷。 3、将两样试样分别放置在质量块的上、下位置。 4、将固定状置的盖板压在质量块的上部试样上，并适当加
6、试验过程中，计算机记录振动台台面和质量块上的加速 度信号及相应的振动频率。
7、计算振动传递率，绘制振动传递率－频率曲线。
燕山燕大山学大包学装包工装程工实程验实室验室
本次实验的目的
1、熟悉产品在流通过程中机械损伤的机理， 掌握产品力学性能的评价方法；
常用的缓冲包装材料
燕山大学包装工程实验室
四、气泡薄膜
由两层塑料薄膜封合而成，内部有密闭的空气，因而具 有一定的弹性，可以作为缓冲材料，但这种材料强度低，只 能用来包装小而轻的产品。
常用的缓冲包装Leabharlann 料燕燕山山大大学学包包装装工工程程实实验验室室
五、碎屑及纤维状材料
传统的碎屑及纤维状材料为稻草、锯末、石棉等，装箱 和拆箱时会有不清洁的问题。现在常把泡沫塑料或者薄膜加 工成颗粒或纤维状材料，代替传统的材料。用这种材料包装 时要充填在产品于包装箱之间，装箱效率低，一般用于批量 小且形状复杂产品的包装
固。一般应使上部的试样受到0.7kPa的静压力。实验过程 中应尽量避免由于质量块与试样发生分离而导致实验数据 的畸变。
燕山燕大山学大包学装包工装程工实程验实室验室
包装动力学与缓冲包装设计
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包装动力学与缓冲包装设计
冲击脆值的测定
利用冲击试验机或跌落试验机
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包装动力学与缓冲包装设计
不同脉冲波的冲击谱
1、有限上升阶跃波；2、矩形脉冲波； 3、半正弦脉冲波；4、后峰锯齿脉冲波
• Am/AM
•
• •
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fc
包装动力学与缓冲包装设计
冲击破损边界曲线（Damage Boundary Curve）
12.1.堆码。
13.2.在车辆上的瞬间载荷。
14.3.搬运方法（抓斗、吊索、吊装网、夹具等）引起的压力。
15.因限制引起的压力。
16.地面不平、仓储不平引起的不平衡支撑。
17.吊挂不妥、局部吊挂等引起的不平衡提升。
18.吊钩、手钩或突出部位的戳伤，滥用搬运设备或错误的搬运方法所
致。
包装动力学与缓冲包装设计
• 海船航行时存在6个方向的运动，每分钟可能摆7－8次，摆角 可能达40度，装在顶部的包装件的摆动幅度可能达到20米。出口 包装受到的冲击与振动一般是国内运输的50倍，尽量采用集装箱 运输。
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包装动力学与缓冲包装设计
脆值(Fragility)
美 国 Mindlin 教 授 在 1945 年 的 “ Dynamics of Packaging Cushioning”一文中首次提出了脆值概念：
作业内容 起吊上升
机械冲击
装卸作业 起重机作业的冲击
吊钩速度 （m/s）
10－13
冲击加速度 (g) 0.1－0.15
下降时紧急制动 －
0.9－1.2
正常着地
9－13
0.5－1.4
快速着地
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《缓冲包装动力学》实验指导书
一、实验目的：
本实验使学生在学习缓冲包装动力学理论课的基础上，了解产品的缓冲包装设计的五步法，加深对产品缓冲包装设计的理解。
在实验过程中还对学生的实际操作能力和分析问题解决能力的能力进行训练。
二、实验主要仪器设备和材料：
仪器有：跌落式试验机（跌落高度范围为300-1500mm）。
材料有：待包装的产品：玻璃杯、玻璃碗、玻璃碟、瓷杯、瓷碗、瓷碟；
缓冲包装材料：密度为0.012g/cm3的聚苯乙烯泡沫塑料，厚度为2cm 和
5cm（P.114 图6-9 b、d）。
三、实验内容和要求：
本实验要求学生掌握缓冲包装设计的五步法，具体实验内容为：根据指定产品的实际流通环境和脆值，利用实验室已有的缓冲材料的静态缓冲系数曲线（C-σm 曲线，P.114 图6-9 b）和动态缓冲系数曲线（G-σs曲线，P.114 图6-9 d），对产品进行缓冲设计，计算所需缓冲材料的厚度和承载面积；在实验室利用相关工具，制造原型包装；使用跌落试验机，对该原型包装进行跌落试验，测试该缓冲包装设计是否合理。
实验的具体要求为：10人一组进行设计和试验。
每组对指定的产品用指定的材料进行缓冲包装的设计和试验，具体安排如下：。