立式瓦楞复合纸板力学性能及本构模型研究

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立式瓦楞复合纸板借鉴蜂窝纸板芯纸结构,改变传统瓦楞纸板的瓦楞纸卧式排列,将瓦楞纸立式排列,是一种新型的环保包装材料。立式瓦楞复合纸板与蜂窝纸板一样,均可用作物流过程中的缓冲吸能包装材料,受载荷作用时,可在几乎恒定的载荷下发生稳定的变形,吸收大量的能量,从而能在包装件跌落冲击时保护产品免受损害。本文通过试验研究、本构模型建立和有限元仿真三者结合的方法,研究了立式瓦楞复合纸板的静态压缩和动态压缩性能,并得到了本构模型方程。本文首先进行了试验研究:分别利用电子万能试验机和缓冲材料冲击试验机进行不同楞型(A楞,B楞,AB楞)和不同厚度(10mm,15mm,20mm,30mm)的立式瓦楞复合纸板在相同的温湿度环境下的静态压缩和动态冲击试验。利用MATLAB软件对试验数据分析,分析了楞型和厚度对立式瓦楞复合纸板压缩性能的影响规律:楞高越小,厚度越小,纸板承受能力越强,峰值应力和平台应力相对越高。并且对相同定量的纸张制成的蜂窝纸板做了相同的测试,比较了两种纸板的强度差异,发现立式瓦楞复合纸板压缩过程与蜂窝纸板类似,也存在四个阶段的理论模型。其次,基于其静态压缩得到的应力-应变数据提出静态本构方程。利用最小二乘法原理对本构方程的参数进行识别。然后考虑应变率的影响,提出应变率影响函数,进而得到动态本构方程。在随后的试验中通过改变冲击高度而改变应变率,对提出的动态本构方程进行验证,发现实际试验结果与理论结果相差较小。最后,利用ANSYS Workbench有限元分析软件对立式瓦楞复合纸板的静态压缩和动态压缩过程进行仿真。在Sol idWorks软件中建立有限元模型,然后将模型导入ANSYS Workbench,并将立式瓦楞复合纸板原纸的物理性能设定为模型材料参数,对有限元模型网格划分,施加载荷和约束,然后求解器进行求解。在ANSYS Workbench中可以观察立式瓦楞复合纸板的压缩过程,并且输出接触反力,经过处理得到应力-应变曲线,对比试验与仿真的应力-应变曲线,两者吻合程度较好。
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