平壓?jiǎn)瓮哜}塑瓦楞紙板本構(gòu)模型

1、平壓?jiǎn)瓮哜}塑瓦楞紙板本構(gòu)模型平壓?jiǎn)瓮哜}塑瓦楞紙板本構(gòu)模型高德1，2，馮軍1，盧富德1，王劍平2（1浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院，浙江寧波，315100；2浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，浙江杭州，310029）摘要：摘要：為得到由紙面板和鈣塑瓦楞夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合而成的鈣塑瓦楞紙板的力學(xué)行為，基于單瓦鈣塑瓦楞紙板平壓準(zhǔn)靜態(tài)和碰撞沖擊試驗(yàn)，得到并分析了鈣塑瓦楞紙板準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)變曲線及半正弦脈沖激勵(lì)下的應(yīng)力應(yīng)變曲線，結(jié)果表明鈣塑瓦楞紙板應(yīng)力應(yīng)變曲線呈

2、線彈性區(qū)域、波動(dòng)式上升屈服區(qū)域和壓實(shí)區(qū)域；對(duì)比準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變曲線可知，鈣塑瓦楞結(jié)構(gòu)幾乎不受應(yīng)變率的影響，這是由于鈣塑瓦楞的材料特性決定的。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)的三個(gè)特征與考慮粘滯性的因素，建立了鈣塑瓦楞紙板的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)非線性本構(gòu)關(guān)系，成功識(shí)別出模型中的參數(shù)。所用的碰撞沖擊試驗(yàn)方法為表征緩沖材料的力學(xué)行為提供了一個(gè)新的方法，同時(shí)得到的動(dòng)態(tài)模型可直接應(yīng)用于考慮鈣塑瓦楞復(fù)合紙板箱緩沖作用的產(chǎn)品跌落沖擊響應(yīng)與優(yōu)化設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：鈣塑瓦楞紙板

3、；碰撞沖擊試驗(yàn)；本構(gòu)模型StudyonconstitutivemodelofsinglewallcalciumplasticcompositecrugatedcardboardunderflatcompressionloadingsGaoDe1，2，F(xiàn)engJun1，LuFude1，WangJianping2（1NingboInstituteofTechnologyZhejiangUniversityZhejiangNingbo3151

4、00；2CollegeofBiosystemsEngineeringFoodScienceZhejiangUniversityHangzhou310029）AbstractAbstract：Toexplemechanicalperfmancesofthesingewallcalciumplasticstructuremadeoutoftwopaperfactsheetsacrugatedcalciumplasticswichstruct

5、urequasistaticstressstraincurvewasobtainedbyusinguniversaltestingmachinethendynamicstressstrainresponsewasreachedwhencompositecardboardsubjectedtohalfsineaccelerationspulseprovidedbyverticalimpactcollisiontester.Theexper

6、imentalstressstraincurvesshowthattheyexhibitlinearelasticregionuptoasmallerstrainthenreachextendedplasticyieldregimewhichmovesinafluctuationrisingtypefinallyfollowdensificationphase.Comparingthetwostressstraincurveatstat

7、icdynamicloadingstheeffectofstrainrateatthisspecificrangeonthecompressivebehavisisnotremarkablewhichisduetotheparticularacteristicsofcalciumplasticmaterials.Thephenomenologicalconstitutiverelationshipsofcalciumplasticstr

8、ucturewerepresentedbynonlinearmathematicalfunctionsverifiedagainsttheexperimentalresults.Verticalimpactcollisiontesterprovidesanewmethodfexaminingdynamicmechanicalbehavisofcushioningmaterialsunderexcitationofhalfsineacce

9、lerationpulsetheconstitutiverelationshipcanbeuseddirectlytodesignpackagingstructurewhenthecushioningeffectofpackagingcontainermadefromcalciumplasticcardboardisconsidered.KeywdKeywd：CalciumplasticCompositecrugatedcardboar

10、dVerticalimpactcollisiontesterConstitutivemodel1引言引言鈣塑瓦楞紙板是新型的包裝材料，它是用鈣塑瓦楞代替原牛皮紙瓦楞而得到的鈣塑瓦楞紙板，與傳統(tǒng)瓦楞紙板相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):防水、防潮、高強(qiáng)度、質(zhì)輕耐用、尺寸穩(wěn)定、機(jī)械力學(xué)性能好等，可廣泛用于商品的運(yùn)輸及儲(chǔ)藏包裝中。對(duì)于瓦楞紙板材料緩沖性能及其本構(gòu)模型的研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要研究工作有：1995年開始，Naganathan[12]研究了瓦楞紙板

11、尺寸、瓦楞紙板的內(nèi)部氣體對(duì)多塊瓦楞紙板串聯(lián)緩沖性能的影響，瓦楞紙板在受到?jīng)_擊時(shí)，瓦楞內(nèi)部的氣體對(duì)瓦楞紙板有作用，瓦楞紙板的尺寸大小對(duì)瓦楞紙板的動(dòng)態(tài)緩沖性收稿日期收稿日期：20130000；基金項(xiàng)目：基金項(xiàng)目：國(guó)家“十二五”科技支撐項(xiàng)目資助(2012BAD32B02)作者簡(jiǎn)介作者簡(jiǎn)介：高德教授，主要從事生物質(zhì)緩沖材料本構(gòu)模型研究，Email:gaode63@(a)原理圖（b）實(shí)物圖（a）Schematicdiagram(b)Picture

12、ofrealproducts圖2垂直沖擊試驗(yàn)臺(tái)Fig.2Verticalimpactcollisiontester3鈣塑瓦楞紙板的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)及其模型鈣塑瓦楞紙板的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)及其模型3.1鈣塑瓦楞紙板靜態(tài)平壓試驗(yàn)鈣塑瓦楞紙板靜態(tài)平壓試驗(yàn)鈣塑瓦楞紙板試件的楞型為C型，厚度為5mm，面積為64.5cm2按照ISO22331972標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理，測(cè)試環(huán)境條件為23oC、相對(duì)濕度為50%。平壓速度為2mmmin直至試樣壓潰試驗(yàn)重復(fù)5

13、次，得到靜態(tài)壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3中的虛線。圖3鈣塑瓦楞復(fù)合紙板靜態(tài)應(yīng)力—應(yīng)變曲線理論值與試驗(yàn)值Fig.3StatictheyvalueexperimentalvalueofCalciumplasticcrugatedcardboardcomposite由圖3表明，鈣塑瓦楞紙板應(yīng)力—應(yīng)變曲線呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，應(yīng)變小于0.1時(shí)，呈線性關(guān)系；應(yīng)變大于0.1且小于0.8，呈現(xiàn)波浪式上升行為，這一階段是瓦楞結(jié)構(gòu)用于吸收能量的主要階段；應(yīng)變大于0

14、.8，伴隨材料的壓實(shí)過程，應(yīng)力急劇上升。參考文獻(xiàn)[711]本文提出鈣塑瓦楞紙板靜態(tài)平壓模型（1）)tan()tanh()sin(7654321?????aaaaaaa????式中：～為待識(shí)別參數(shù)。式中第二項(xiàng)的正弦函數(shù)用于表征應(yīng)力應(yīng)變曲線的波動(dòng)行為。1a7a第三項(xiàng)雙曲正切函數(shù)用于表征應(yīng)力應(yīng)變曲線的塑性階段，第一項(xiàng)線性函數(shù)表示塑性階段線性增加，這兩項(xiàng)共同表征塑性階段的線性增加行為；由此前三項(xiàng)之和得到波浪式上升的屈服階段。另外雙曲正切函數(shù)的原