金属包装箱动力学分析及结构优化

发布时间：2020-08-09 20:03

【摘要】：金属包装广泛应用于产品物流运输各个领域,金属包装箱具有强度高、可重复使用、易于回收、结构简单等特点。金属包装箱的构件截面图是影响金属包装箱承载能力的重要因素,另外,受金属包装箱结构缺陷与物流运输环境因素影响,限制了金属包装箱大规模生产与应用。为此,对金属包装箱静动力学分析,并结合仿真软件计算,这对金属包装箱合理使用与资源节约具有重要意义。本文研究了金属包装箱关键构件的截面几何图,分析构件弯曲变形对金属包装箱承载能力的影响,并建立金属包装箱动力学模型,通过对构件截面图研究,为后续金属包装箱结构优化开拓思路。首先利用Solidworks软件完成金属包装箱的三维实体建模。其次根据底座面板的横截面几何图形,利用平行移轴公式并以面板横截面模型,推导出不同厚度面板的横截面形心位置_Oy和截面惯性矩I_(Zo)。最后结合面板在金属包装箱中工况位置给出了变形位移计算式。类似地,应用相同的方法计算出侧架的竖支杆形心位置与惯性矩表达式,根据竖支杆在侧架中的位置,简化为欧拉杆模型。利用Workbench软件分别模拟计算出波纹型面板的挠度与竖支杆压杆临界失稳力,并进行理论计算与模拟计算对比分析。建立金属包装箱单自由度跌落冲击力学模型,并通过拉普拉斯变换法推导出其跌落冲击位移响应解。初步建立了底座3自由度振动力学模型,以及金属包装箱的5自由度力学模型,并推导出力学模型的振动微分方程组,同时通过金属包装箱力学模型模态分析得到其五阶固有频率。参考有关国内外相关标准,借助Workbench软件进行模拟金属包装箱静载堆码及跌落工况。考虑金属包装箱运输振动并进行模态分析,计算得出金属包装箱的6阶固有频率与相应地主振型,其固有频率依次为55.7、56.3、62.5、64.8、67.1和68.9Hz,最后通过金属包装箱公路运输环境分析评价该模态固有频率的数值可靠性。建立金属包装箱侧架简化优化模型,并探讨了斜支杆与竖支杆夹角?对侧架质量大小的影响。同时研究波纹型面板截面图对其弯曲挠度的影响,并进行竖支杆截面拓展延伸。最后根据相关的箱式托盘标准,进行模拟验证改进后金属包装箱的可靠性。通过金属包装箱关键构件截面图研究、金属包装箱动力学分析、以及其结构优化,为今后金属包装箱研究打下了基础。
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB482.2
【图文】：

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陕西科技大学硕士学位论文等方面都难以满足实际应用需求。不管是木包装箱还是金属包成当中，有些关键组件影响包装箱的承载能力与运输安全，对于提升金属包装箱物流运输安全与整箱承载强度，所以对包装进一步研究，还需要进一步探讨。卷材成型板一般是经过酸性液洗钢薄板后，其次再经过热浸镀锌工艺处厚度的五十分之一毫米以上锌掩护层。从电化学角度分析，锌空气中能很快反应为一层氧化膜，形成的氧化薄膜很浓密，能受于外面浸蚀。即使氧化膜破坏，由于锌先发生氧化而维护铁耐腐蚀性能，用镀锌钢薄板做成的金属包装箱无须进行外表面色可持续发展经济理念的提出，木包装箱逐步淘汰的情况下，，金属包装箱结构的强度、刚度、稳定性问题一直困扰金属包钢薄板包装材料构成见图 1-1。

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用镀锌钢薄板做成的金属包装箱无须进行持续发展经济理念的提出，木包装箱逐步淘汰的情属包装箱结构的强度、刚度、稳定性问题一直困扰板包装材料构成见图 1-1。图 1-1 镀锌钢薄板包装材料构成Fig. 1-1 Galvanized steel sheet packaging material composition1—氧化层 2—锌层 3—锌铁合金层 4—钢基薄板，宽度不等的镀锌钢薄板通过不同模具成型机可以的成型金属构件在金属包装箱结构中的位置也不同型机见图 1-2。

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金属包装箱动力学分析及结构优化装材料是传统的包装材料之一，在包装材料中占有很重要的地位，我国 20 世纪 80 年代开始迅速发展，并形成一定的加工和使用规模，目前占的四分之一左右[31]。与传统木包装材料相比，金属包装材料强度更高，需熏蒸；与传统塑料包装材料相比，金属包装材料不会造成环境污染，容易，因此基于以上材料特性优点，金属包装材料被更多国内外知名企、箱，成型金属箱的构件见图 1-3。

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