基于MapleSim的包装动力学仿真模型与方法研究

发布时间：2017-07-20 14:16

  本文关键词：基于MapleSim的包装动力学仿真模型与方法研究

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【摘要】：随着越来越多的缓冲材料被应用于包装之中,产品的包装性能越来越好,但是如何选择最合适的缓冲材料一直是厂家和研究人员关心的问题,因此任何物流运输包装设计在正式生产前都必须进行测试试验以检测其缓冲性能。目前的测试方法包括传统实验室试验法及基于有限元算法的包装CAE(Computer Aided Engineering)方法,前者因测试精度高,数据可靠而成为目前主流的测试方法,但其素有可能破坏受试产品、效率低下、测试成本高等缺点;后者作为随着计算机科学而发展起来的一种新方法,具有可重复性强、成本低等优势,但同时又面临操作复杂、仿真精度不高、不易推广等不足而被人诟病。可是,不论是传统实验室试验法还是包装CAE仿真法,各有利弊,如何将两者有效地结合起来,取长补短,是一项非常有意义的研究课题,因此,本论文以如何更好的进行缓冲性能测试为目标,在前期国内外学者研究的基础之上,引入基于数值-符号运算的MapleSim仿真方法,采用理论计算,实验室试验及仿真模拟相结合的测试方法,从深度上探索表征缓冲包装材料非线性特性的更为精确的理论,从广度上拓展包装件缓冲性能的混合测试法。首先对动态缓冲理论进行了梳理归纳,提出了线性和非线性特性下缓冲材料对于冲击的不同响应,在传统的等效跌落理论基础上,推导出阻尼等效跌落理论,为以后进行基于MapleSim的仿真和常见缓冲材料EPE非线性特性仿真奠定基础。其次从自由跌落模型入手,根据自由跌落理论选择质量块-弹簧等组件构建模型,得到仿真结果,并运用能量守恒理论对仿真结果进行验证。通过EPE的动态压缩试验和冲击跌落试验,根据等效跌落理论和实验数据,匹配得到阻尼比,从而确定仿真模型中组件的参数,利用MapleSim进行仿真,并且将实验结果与仿真结果进行对比验证,从而确定基于MapleSim的包装动力学模型仿真的可行性。最后,在跌落冲击模型仿真的基础上,通过创建自定义元件,并且创建关键自定义元件的控制方程,从而实现更加复杂的仿真,论文先进行了对于线性无阻尼缓冲材料的仿真,通过输入信号确定材料的弹簧刚度系数,进而实现对于线性无阻尼缓冲材料的仿真。鉴于前面进行可行性确定阶段,进行仿真数据计算时需要用两种实验数据的不足,此处探寻了基于材料应力-应变曲线的更为高效的仿真方法。论文选用EPE的冲击跌落试验为例,得出EPE的应力-应变曲线,并将其转化为MapleSim关键自定义组件的控制方程的有关参数,进而实现对于缓冲性能的仿真,最终建立基于MapleSim的更为实用的缓冲材料仿真方法。研究结果表明将试验与包装CAE相结合的混合测试方法能够进一步提高测试精度,同时基于MapleSim的包装动力学模型仿真也为运输包装缓冲性能测试提供一条崭新的仿真思路。
【关键词】：仿真方法 MapleSim 冲击 非线性特性
【学位授予单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB48
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 引言8-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 研究内容12-13
• 第2章 冲击动力学理论13-22
• 2.1 动态缓冲理论13-15
• 2.1.1 包装件的模型化13-14
• 2.1.2 动态缓冲理论14-15
• 2.2 单自由度跌落冲击15-17
• 2.2.1 无阻尼包装件的跌落冲击15-16
• 2.2.2 有阻尼包装件的跌落冲击16-17
• 2.2.3 非线性包装件的跌落冲击17
• 2.3 等效跌落理论17-21
• 2.3.1 传统等效跌落理论17-19
• 2.3.2 阻尼等效跌落理论19-21
• 2.4 小结21-22
• 第3章 基于MapleSim的跌落冲击仿真22-32
• 3.1 MapleSim简介22-25
• 3.1.1 MapleSim用户界面22-23
• 3.1.2 MapleSim仿真思路23
• 3.1.3 MapleSim常用组件与连接23-25
• 3.2 自由跌落在MapleSim中的仿真25-27
• 3.2.1 自由跌落在MapleSim中仿真模型构建与参数设定25-26
• 3.2.2 自由跌落仿真的理论验证26-27
• 3.3 冲击跌落在MapleSim中的仿真27-31
• 3.3.1 基于MapleSim的冲击跌落仿真模型的构建27-28
• 3.3.2 EPE仿真参数求解28-30
• 3.3.3 EPE仿真结果30-31
• 3.4 小结31-32
• 第4章 基于EPE冲击试验的MapleSim仿真32-47
• 4.1 发泡聚乙烯及其特性32
• 4.2 EPE材料的跌落冲击试验32-35
• 4.2.1 EPE冲击跌落试验32-33
• 4.2.2 试验结果分析33-35
• 4.3 线性无阻尼条件下EPE材料的MapleSim仿真模型初探35-38
• 4.3.1 线性无阻尼条件下EPE材料控制方程的构建35-37
• 4.3.2 EPE材料在冲击跌落模式下的MapleSim中仿真模型37-38
• 4.4 EPE材料的跌落冲击本构模型的构建38-40
• 4.5 线性有阻尼条件下EPE材料MapleSim仿真模型的构建40-46
• 4.5.1 发泡聚乙烯缓冲材料VD model控制方程的构建41-43
• 4.5.2 发泡聚乙烯缓冲材料ND model控制方程的构建43-44
• 4.5.3 仿真结果44-45
• 4.5.4 仿真与实验结果对比45-46
• 4.6 小结46-47
• 第5章 结论47-49
• 参考文献49-52
• 在读期间发表的学术论文及研究成果52-53
• 致谢53

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本文编号：568438