傳統(tǒng)包裝運(yùn)輸設(shè)計是：根據(jù)實(shí)驗得到產(chǎn)品的脆值，再由有關(guān)公式流通條件進(jìn)行緩沖襯墊、外包裝容器的設(shè)計和紙箱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，還要進(jìn)行校核和長時間的實(shí)踐檢驗。最后產(chǎn)品才能得到較為理想的包裝。傳統(tǒng)的運(yùn)輸包裝設(shè)計的方法歷史周期長，要對產(chǎn)品直接試驗才能確定產(chǎn)品的脆值，還要借助實(shí)踐檢驗，所以會造成產(chǎn)品浪費(fèi)；也容易造成產(chǎn)品的過包裝，從而造成包裝材料的浪費(fèi)。能不能采用一定的理論、方法和技術(shù)將這一設(shè)計過程借助于計算機(jī)完成，已知產(chǎn)品和流通條件，直接求解產(chǎn)品脆值并設(shè)計出合乎要求及經(jīng)濟(jì)可行的緩沖襯墊和外包裝容器。筆者所要論及的運(yùn)輸包裝CAD系統(tǒng)便可實(shí)現(xiàn)這一要求。現(xiàn)介紹如下。
一、軟件系統(tǒng)組成
運(yùn)輸包裝CAD系統(tǒng)主要是由產(chǎn)品脆值求解模塊、緩沖設(shè)計與校核模塊、紙箱結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核模塊、紙箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模塊和運(yùn)輸包裝設(shè)計方案輸出模塊四大模塊組成。各模塊型對獨(dú)立各自完成一定的功能，但又彼此制約，相互依賴共同完成產(chǎn)品運(yùn)輸包裝的設(shè)計任務(wù)。
二、軟件各模塊功能及其實(shí)現(xiàn)
1、產(chǎn)品脆值求解模塊
該模塊的主要功能是由產(chǎn)品的已知參數(shù)(尺寸、彈性模量E、泊松比λ、密度ρ、阻尼系數(shù)γ等)出發(fā)，模擬試驗條件，利用計算機(jī)直接求解產(chǎn)品脆值。
傳統(tǒng)求脆值的方法主要有：沖擊機(jī)試驗法、緩沖跌落試驗法等。它們都是將產(chǎn)品在受到一定的瞬態(tài)沖擊，直至產(chǎn)品產(chǎn)生損壞喪失使用價值的情況下，對測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理而得到產(chǎn)品的脆值。該軟件模擬試驗來求解產(chǎn)品的脆值主要解決了以下問題：
(1)分析產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將產(chǎn)品按一定的原則離解成幾個子結(jié)構(gòu)。利用有限元法對各個子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，分別建立它們的模型。
(2)用動態(tài)結(jié)構(gòu)法，借助于聯(lián)結(jié)點(diǎn)的位移連續(xù)性條件，對各個子結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合計算，建立系統(tǒng)方程。
(3)通過對產(chǎn)品大量破損事故的調(diào)查分析和研究工作，找到產(chǎn)品常見破損部件，進(jìn)行分類，并對其進(jìn)行易損性分析，建立各類部件破損判斷條件。
(4)模擬試驗條件對產(chǎn)品施加沖擊激勵。
(5)利用振型疊加法求解系統(tǒng)方程，得出該產(chǎn)品各脆弱部件處節(jié)點(diǎn)對該激勵的響應(yīng)，并判斷其破損情況。
(6)若沒有發(fā)生脆弱部件的破損，則以一定大小的百分比不斷增加沖擊激勵，重復(fù)上述過程，直至剛好產(chǎn)生某一部件的破損，則用上次的沖擊激勵的大小與重力加速度的比值作為產(chǎn)品脆值；若有部件發(fā)生破損且是第一次施加激勵，則以大比例減小激勵直至無部件損壞時，再增加激勵重復(fù)以上的過程；若不是第一次施加激勵則可直接求助產(chǎn)品的脆值。
2、緩沖設(shè)計與校核模塊
該模塊的主要功能是由產(chǎn)品脆值和流通中的受力特性從若干緩沖材料中找到滿足要求的經(jīng)濟(jì)材料。
緩沖襯墊的設(shè)計方法有緩沖系數(shù)-最大靜應(yīng)力(c-σm)法、緩沖系數(shù)-應(yīng)變力曲線(c-ε)法等。本系統(tǒng)采用c-σm曲線法為例進(jìn)行說明。
已知：產(chǎn)品脆值G，產(chǎn)品質(zhì)量M，產(chǎn)品長l寬w高h(yuǎn)，求最經(jīng)濟(jì)的緩沖材料及其尺寸。
求解過程：
(1)根據(jù)流通條件從流通條件數(shù)據(jù)庫中獲得跌落高度H。
(2)從緩沖材料數(shù)據(jù)庫中獲得各適宜緩沖材料的最小緩沖系數(shù)C和對應(yīng)的靜應(yīng)力σ。
(3)由公式A=W·C/σ得到各緩沖襯墊的承載面積A，此面積應(yīng)小于產(chǎn)品的最小承載面積，否則取消該緩沖材料，選擇δ更大的材料。再由公式t=C*H/G得出各緩沖襯墊的厚度t。
(4)撓度校核，使得A/(1.33t)^2>1。否則t取小，增加A。
(5)角跌落校核，將l、w、h分別增加2t，使得3·(l·w·h)/(l^2+w^2+h^2)^1/2>1·w。否則取消該材料。
(6)防振校核。由各緩沖襯墊的初始彈性率E、承載面積A、重力加速度g、重量W和厚度t，由公式f=(E·A·g/(W·t))^1/2·1/2π，可得到緩沖襯墊的固有頻率f，由f可以得到各緩沖材料的最大傳遞速率Tm(可由緩沖材料數(shù)據(jù)庫中獲得)。再由流通中振動加速度a便可以得到產(chǎn)品的所受的加速度p=Tm·a。要使得pGg,否則增加A，t取小，繼續(xù)校核直至滿足。
(7)由合乎要求的緩沖襯墊的面積A和厚度t，以及由緩沖材料數(shù)據(jù)庫中得到的材料價格，可以從合乎以上要求的緩沖材料中找到最經(jīng)濟(jì)的。
最后模塊將內(nèi)尺寸(l+2t)*(w+2t)*(h+2t)傳送給紙箱結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核模塊或輸出。
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