瓦楞结构材料瓦楞方向静力学性能的研究

瓦楞结构材料瓦楞方向静力学性能的研究

论文摘要

瓦楞结构材料,因其无污染、可再生、质量轻、刚度好、缓冲吸能、易加工成型、可回收且成本低廉,在造船、汽车、建筑、航空航天、铁路运输和包装等行业有着广泛的应用。目前对瓦楞结构材料的研究主要集中在平压方向的力学性能上,而在实际应用中瓦楞结构材料常在其瓦楞方向上承载。因此研究瓦楞结构材料瓦楞方向的力学性能,对于促进其应用具有十分重要的意义。瓦楞结构材料是由瓦楞芯材和面材复合而成。根据瓦楞形状不同,瓦楞可分为U、V和UV形。瓦楞楞型有A、C、B和E型。通过静态拉伸试验对瓦楞原纸的物理性能进行了测定,得到相关物理参数,为有限元模拟提供基材的力学参数。对瓦楞结构材料进行静态压缩试验,验证有限元模型的可靠性。建立不同种类的瓦楞结构材料的有限元静力学分析模型,并使用试验结果验证模型的可靠性。基于此,通过能量效率法分别研究不同楞型和楞形瓦楞结构材料的力学性能,深入分析它们对瓦楞结构材料瓦楞方向静力学性能的影响。不同楞型、楞形和壁厚的瓦楞结构材料,瓦楞方向的变形模式都是呈现自上而下的折曲变形,应力应变曲线形态都是由弹性、屈服、平台和密实化四个阶段组成,能量效率曲线都是呈现先增大后减小的变化趋势。对于任一楞型的瓦楞结构材料,瓦楞方向的初始峰应力、平均抗压强度、最大能量吸收效率、密实化单位体积能量吸收和密实化比能量吸收随着壁厚的增大而增大。对于任一壁厚的瓦楞结构材料,A、C、B和E楞瓦楞的初始峰应力、平均抗压强度、密实化单位体积能量吸收和密实化比能量吸收依次增大。对于U、V和UV任一楞形的瓦楞结构材料,其瓦楞方向的初始峰应力、平均抗压强度、最大能量吸收效率、密实化单位体积能量吸收和密实化比能量吸收随着壁厚的增大而增大。它们之间的相互关系,可拟合为一定的关系曲线,基于计算结果给出了相关经验公式。对于任一壁厚的瓦楞结构材料,U、V和UV形瓦楞的初始峰应力、平均抗压强度、密实化单位体积能量吸收和密实化比能量吸收总是呈现出V形瓦楞最小,U形瓦楞最大,UV形瓦楞介于两者之间的规律。综上所述,楞型、楞形和壁厚对瓦楞结构材料瓦楞方向的静力学性能,影响较大,相关规律可以为瓦楞结构材料在缓冲包装设计方面提供指导性参考与帮助。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  •   1.1 瓦楞结构材料概述
  •   1.2 国内外研究现状
  •   1.3 研究目的与意义
  •   1.4 主要研究内容
  • 2 相关理论
  •   2.1 瓦楞方向变形机制
  •   2.2 能量吸收性能表征方法
  •     2.2.1 Janssen因子
  •     2.2.2 Rusch曲线
  •     2.2.3 能量吸收图
  •     2.2.4 “缓冲系数-最大应力曲线”法
  •     2.2.5 能量效率法
  •   2.3 数据处理方法
  •   2.4 本章小结
  • 3 相关试验方法
  •   3.1 物理性能
  •     3.1.1 材料与仪器
  •     3.1.2 试验方法
  •     3.1.3 结果与分析
  •   3.2 静态压缩试验
  •     3.2.1 材料与仪器
  •     3.2.2 试验方法
  •     3.2.3 结果与分析
  •   3.3 本章小结
  • 4 有限元模拟方法
  •   4.1 ANSYS/LSDYNA简介
  •   4.2 有限元模型
  •   4.3 有限元模型可靠性验证
  •   4.4 本章小结
  • 5 楞型的影响
  •   5.1 变形模式
  •   5.2 初始峰应力
  •   5.3 平均抗压强度
  •   5.4 能量吸收性能
  •     5.4.1 能量吸收效率
  •     5.4.2 密实化单位体积能量吸收
  •     5.4.3 密实化比能量吸收
  •     5.4.4 最小缓冲系数
  •   5.5 本章小结
  • 6 楞形的影响
  •   6.1 变形模式
  •   6.2 初始峰应力
  •   6.3 平均抗压强度
  •   6.4 能量吸收性能
  •     6.4.1 能量吸收效率
  •     6.4.2 密实化单位体积能量吸收
  •     6.4.3 密实化比能量吸收
  •     6.4.4 最小缓冲系数
  •   6.5 本章小结
  • 7 总结与展望
  •   7.1 总结
  •   7.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 李耿

    导师: 孙德强

    关键词: 瓦楞结构材料,瓦楞方向,静力学性能,缓冲性能,能量吸收,有限元模拟

    来源: 陕西科技大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 力学,材料科学

    单位: 陕西科技大学

    基金: 国家自然科学基金

    分类号: TB301

    总页数: 94

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