基于solidworks蜂窝纸结构与性能的研究

蜂窝纸结构与性能的研究学生姓名：代利指导教师：张治国（浙江科技学院轻工学院）摘要：当前，包装领域大力提倡“以纸代塑，以纸代木”，蜂窝纸板以其重量轻、用料少、成本低、强度高、缓冲性能好、吸音隔热、便于回收利用的特点使这种绿色环保材料逐步成为一种新型的绿色包装材料。

本文在对蜂窝纸板结构性能理论研究的基础上，不同于前人大多用ANSYS软件进行有限元分析，而通过功能强大的建模仿真软件Solidworks对蜂窝纸板建模仿真，并通过Solidworks插件Simulation，对蜂窝芯的力学性能进行有限元分析。

因此，可在力学参数方面获得更准确的数据，进一步验证前人理论公式的可行性。

关键词：蜂窝纸；结构性能；建模仿真；有限元分析The Structure and Properties of the Honeycomb Paper ResearchStudent’ s name: Li Dai Advisor: Zhiguo Zhang（School of Light Industry Zhejiang University of Science and Technology）Abstract:Currently,the packaging field energetically advocate " Paper instead of plastic，Paper instead of wood " .The honeycomb cardboard which is a green environmental protection material is gradually becoming a new type of green packaging materials,for its characteristics of light weight,materials less, low cost, high strength, good buffer performance , sound-absorbing, heat insolation, easily recycled. In this paper, on the basis of theoretical study of the honeycomb cardboard structure performance, use the powerful modeling simulation software—solidworks to modle the honeycomb paperboard and use the plug-ins—Simulation to do finite element analysis for the mechanical properties of the honeycomb core. As a result，obtain more accurate data in mechanical parameters and further validate feasibility of predecessors’ theoretical formula.Keywords：Honeycomb Paper; Structure and Properties ;Modeling Simulation Finite Element Analysis目录摘要................................................ 错误！未定义书签。

ABSTRACT............................................ 错误！未定义书签。

目录............................................... 错误！未定义书签。

1 绪论............................................. 错误！未定义书签。

1.1本课题研究背景................................ 错误！未定义书签。

1.1.1蜂窝纸板发展概述.......................... 错误！未定义书签。

1.1.2 蜂窝纸板的应用领域及存在问题............. 错误！未定义书签。

1.2 国内外蜂窝纸板研究概况....................... 错误！未定义书签。

1.3 本课题研究内容和意义......................... 错误！未定义书签。

2 蜂窝纸板结构与性能理论研究....................... 错误！未定义书签。

2.1 结构理论..................................... 错误！未定义书签。

2.1.1 各向同性夹芯夹层板理论................... 错误！未定义书签。

2.1.2 正交各向异性理论......................... 错误！未定义书签。

2.2 影响蜂窝纸板性能的因素....................... 错误！未定义书签。

2.2.1 原材料质量指标........................... 错误！未定义书签。

2.3 孔径比对平压强度的影响....................... 错误！未定义书签。

3 基于SOLIDWORKS的蜂窝纸有限元分析 (1)3.1 SOLIDWORKS SIMULATION 有限元分析步骤 (1)3.1.1 建立几何模型 (1)3.1.2 创建一个算例 (1)3.1.3 指定材料 (1)3.1.3定义边界条件（约束和载荷） (2)3.1.4 划分网格 (2)3.1.5 查看结果和评估 (2)3.2 材料参数和建模确定 (2)3.2.1 材料确定 (2)3.2.2 建模尺寸和方案确定 (3)3.3 单个蜂窝芯性能比较 (4)3.3.1不同边长蜂窝芯比较 (4)3.3.2 不同高度的蜂窝芯比较 (8)3.3.3 蜂窝芯边长与高度比的猜想 (10)3.3.4 不同孔径比的蜂窝芯比较 (10)4 多个蜂窝芯有限元分析 (14)4.1确定蜂窝芯有限元分析的个数 (14)4.2 最佳结构参数的研究 (17)5 结论与展望....................................... 错误！未定义书签。

致谢............................................... 错误！未定义书签。

参考文献.. (19)3 基于Solidworks的蜂窝纸有限元分析3.1 SolidWorks Simulation 有限元分析步骤3.1.1 建立几何模型在进行有限元分析之前，首先应对分析对象的形状、尺寸、工况条件、材料类型、计算内容、应力和变形的大致规律等进行仔细分析。

只有正确掌握了分析对象的具体特征，才能建立合理的有限元模型。

为了建立蜂窝纸板的承载模型，首先要对纸板的结构加以简化。

蜂窝纸芯是用胶接法拉伸加工而成，由于胶接工艺的需要，在平行于x方向的壁板为双层，在y方向为单层(正六边形的蜂窝纸芯由4个单层壁板和2个双层壁板组成)，在sw中建立模型时，要考虑到蜂窝纸芯的生产工艺要求，纸芯的壁厚不同。

因为蜂窝纸板的每一个六边型蜂窝都是由上下两张纸粘结成的，所以它的各边壁厚不同，在设置它的几何特性时要注意。

同时为了分析同一规格不同孔径比和不同规格的蜂窝纸芯的应力一应变情况，在sw 中分别建立了它们的几何模型并进行网格划分。

蜂窝纸板结构的单元实常数包括面纸、芯纸的厚度，蜂窝夹芯六个面的厚度不全相同,有两个面为双层厚度,其余四个面为单层厚度。

3.1.2 创建一个算例有限元模型的创建通常始于算例的定义，算例的定义即输入所需的分析类型和相应的网格类型。

当定义一个算例后，SolidWorks Simulation会自动创建一个算例文件夹及几个图标，使用图标文件夹来定义和指定材料属性，定义约束，创建有限元网格[14]。

3.1.3 指定材料定义材料属性就是输入有限元分析时的材料本构关系,包括材料类型和参数。

SolidWorks Simulation 自身带有材料库，本文所研究的纸蜂窝材料未列入材料库中，因此要自定义材料的属性。

3.1.3定义边界条件（约束和载荷）对于静态分析，模型必须被正确进行约束，使其无法移动，SolidWorks Simulation提供了各种夹具来约束模型。

一般而言，夹具可以应用到模型的面、边、顶点。

选择适合的夹具，完全限制了模型的空间运动，因此，该模型在没有弹性变形的情况下是无法移动。

模型约束好之后，需要向模型施加外部载荷，SolidWorks Simulation提供了多种形式外部载荷形式以加载到模型上。

选择所需载荷加载到模型。

3.1.4 划分网格网格处理是为数字化求解准备模型的过程，网格的质量控制着结果的质量。

一般采用默认的中等密度网格设置，使离散误差保持在可接受的范围内，同时使计算时间较短。

如有需要可自行修改网格设置，以保证分析。

在划分网格之后，点击运行分析。

在分析运行时，可以通过解算器窗口监视运算过程。

3.1.5 查看结果和评估分析完成后，SolidWorks Simulation自动生成结果文件夹，以及在本章开头定义的默认结果图解：应力，位移及应变。

3.2 材料参数和建模确定3.2.1 材料确定参考王冬梅[15]的《原纸弹性模量测定方法》中原纸参数和浙江工业大学硕士周林航在《蜂窝纸结构性能及纸芯拉伸技术的研究》中蜂窝芯纸参数以及刘跃军、江太君、曾广胜、陈挺[16]在《不同蜂窝结构对蜂窝纸板力学性能的影响》中所选原纸的参数，本文选择材料参数如下表3-1表3-1 蜂窝芯纸材料参数类别厚度/mm 定量/g/m2 弹性模量E/MPa 泊松比µ密度ρ/Kg/m3 A组0.29 200 7600 0.34 690 B组0．2 112 3400 0.278 5603.2.2 建模尺寸和方案确定经查阅国家包装行业标准BB/T0016-2006，孔径比i一般不小于0.6[17]，蜂窝边长在6到20mm之间，纸板厚度在5到40mm之间，再结合行业标准，因此设置蜂窝芯边长在2mm到30mm之间，高度在5mm到100mm之间，孔径比在0.5到1.1之间。

蜂窝芯纸结构是蜂窝纸板的核心组成部分，它决定了整个蜂窝纸板的力学性能，也是蜂窝纸板结构研究的重点。

本文蜂窝纸板的有限元分析是通过蜂窝纸芯的结构变化来研究其各性能的变化，得出相应的结论。