發(fā)泡材料本構模型的研究及其在包裝設計中的應用.pdf

1、包裝材料的緩沖性能直接影響包裝緩沖效果的體現(xiàn)，也是包裝設計工作中所必須考慮和熟悉的重要因素之一。目前，包裝材料的緩沖性能主要是通過緩沖材料的最大加速度-靜應力曲線、應力-應變曲線及進一步通過曲線擬合得到的緩沖系數(shù)-最大應力曲線來體現(xiàn)。要想得到上述曲線需要大量的人力、物力，而且實驗步驟相當繁瑣。探尋出能夠描述發(fā)泡緩沖材料的本構數(shù)學關系模型，將會大大縮小包裝設計的工作量；且此法以數(shù)學理論為依據(jù)，避免了實驗過程中偶然或人為因素的影響，因此測量

2、曲線將會更加精準。研究還有助于設計者充分利用其良好的緩沖性能，盡可能節(jié)約和使用發(fā)泡塑料，可見，對于包裝材料本構模型的探索具有及一定的現(xiàn)實意義及廣闊的應用前景。
　　 泡沫塑料作為一種重要的包裝材料，其本構關系的研究始于20世紀50年代末，由Gent和Thomas開創(chuàng)奠基性工作。本論文將沿著前人研究成果的推進，簡要介紹泡沫塑料從彈性支柱網(wǎng)絡模型開始的一些重要模型結構，同時簡述目前國內(nèi)外關于泡沫塑料力學模型的研究現(xiàn)狀。在探索泡沫材料

3、力學性能的過程中，著重研究本構模型各個參數(shù)項的選擇依據(jù)，及參數(shù)識別方法。
　　 本論文在探討發(fā)泡緩沖材料應力-應變曲線本構數(shù)學模型的過程中，以發(fā)泡聚苯乙烯材料為模型，參考針對發(fā)泡塑料的Sherwood-Frost本構關系的構成，提出常用發(fā)泡包裝緩沖材料的應力-應變曲線本構模型。在不考慮溫度影響的前提下，建立了由材料密度、形狀函數(shù)共同影響的準靜態(tài)應力-應變曲線本構模型。同時，研究了應變率影響項在發(fā)泡材料靜態(tài)壓縮應力-應變本構模型中

4、的作用，完善了低密度發(fā)泡聚苯乙烯材料靜態(tài)應力-應變曲線本構模型的結構。在探索緩沖材料最大加速度-靜應力曲線本構模型的過程中，選取了低密度發(fā)泡聚乙烯為研究對象、采用了應力-能量法理論驗證了最大加速度與吸收能量之間的指數(shù)關系，并通過大量實驗數(shù)據(jù)進行曲線擬合，得出模型參數(shù)、繪制系列最大加速度-靜應力曲線。
　　 建立包裝材料本構模型的主要目的在于方便包裝設計，本論文的第四章內(nèi)容將從所提出的本構數(shù)學關系出發(fā)，根據(jù)數(shù)學演算推導出簡便公式。