包装动力学 包装动力学教学课件.docVIP

第一章 包装动力学 第一节 包装动力学发展简史 一.包装动力学起源 早在17世纪,古典力学的创始人英国物理学家牛顿就曾经研究过固体对固定平面的碰撞,作了许多碰撞试验,并提出了碰撞恢复系数(回弹系数)的概念.时至今日从国内外有关包装动力学的论著中,仍能清楚地看到碰撞理论的痕迹.虽说产品包装古已有之,甚至可以追溯到原始社会,但是,就包装动力学来说,其源头只能是牛顿的碰撞理论. 现代经济的迅猛发展使投入流通的产品数量愈来愈多,流通范围愈来愈大,产品在流通过程中的破损问题愈来愈引起社会的关注.从力学角度分析破损问题的包装动力学就是在这种形势下应运而生的. 美国贝尔公司的明德林是人们公认的包装动力学的奠基人.1945年, 明德林发表了他的著名论文《缓冲包装动力学》,受到世界许多国家的学术界与产业界的重视.在这篇论文中,明德林提出了易损零件的概念,建立了包装件的力学模型——有支座的二自由度振动系统；分别按照线性和非线性缓冲垫两种情况，讨论了产品跌落冲击时的加速度时间曲线；引入了正弦半波脉冲的冲击谱，分析了易损零件的加速度，提出了评价包装件跌落冲击强度的基本方法．明德林的论文发表后，许多发达国家也以此为基础开展了缓冲包装的试验与研究．许多学者将包装件的跌落冲击问题纳入振动理论专著，许多世界著名的企业，如德国的西门子、日本的松下、日立等等，都建立了自己的包装实验仪器与设备． 半个世纪以来，随着经济的发展和科学技术的进步，人们对缓冲包装的研究也在不断深化．１９５２年，简森（Janssen R R）提出了缓冲材料的缓冲系数最大应力曲线．１９６１年，富兰克林(Franklin P E)又提出了最大加速度静应力曲线．应用这两种曲线设计缓冲衬垫，不但接近材料的实际情况，而且计算公式非常简单，很快为广大技术人员所接受．１９６８年，美国的纽顿（Newton R E）以几种常用的脉冲的冲击谱为基础，绘制出产品破损边界曲线，为采用程序控制的气垫冲击的研制和完善产品脆值测试技术提供了理论依据．２０世纪７０年代末期，MTS公司和密执安大学总结半个世纪以来缓冲包装的设计理论与经验，共同提出了包装的五步研制方法．五步研制法以包装动力学为基础，以实验室试验为主要手段，是一种实用的设计方法．这种设计方法理论上更加严谨、设计程序更加合理，试验项目、标准与测试手段更加完善，较之明德林时代是个很大的进步。 二.我国包装动力学的发展状况 和世界各发达国家比较，我国的包装动力学研究起步较晚。直至1978年，湖南大学朱光汉教授才首次向国内介绍了国外包装动力学及缓冲包装设计方面的一些基本情况。 1987年1月，浙江大学奚德昌教授发起召开全国首次包装动力学学术讨论会，并在中国振动工程学会内成立了包装动力学学会，为推动我国包装动力学研究起了积极的作用。 第二节 包装动力学的研究对象与任务 包装动力学 包装动力学研究包装件对流通过程中的振动与冲击环境的响应，分析内装产品在振动与冲击环境激励下破损的原因，并在经济的前提下提出防止内装产品破损的条件，其任务是为缓冲包装设计提供理论依据。包装动力学与包装测试技术有着不可分割的联系。环境激励的采样，产品脆值的测试，缓冲材料的静态与动态试验，产品以及产品衬垫系统的振动试验等等，都离不开测试技术。关于包装测试技术将在后面的章节里详细介绍。 二.引起产品破损的主要因素 破损定义 任何一种产品，都有它特有的合格质量指标。满足这些指标的产品都是合格的产品。本来合格的产品由于运输、装卸和贮存而不能再达到这些指标就定义为破损。 由于损害的性质和程度的不同，破损可分为以下三种， ⑴失效 指产品已经丧失使用功能而且不可逆转，即不可恢复，只是严重破损； ⑵失灵 指产品功能已丧失，但可恢复，只是轻微破损； ⑶商业性破损 主要指不影响使用功能而仅在外观上造成的破损。虽可以使用，但也降低商品的价值。 主要因素 产品破损的主要因素是运输环境的机械冲击和振动为其外因，产品本身的强度低为其内因。在这里我们主要研究运输环境的机械冲击和振动。 缓冲防振包装的作用就是要减少冲击和振动的传递率，以使传递到产品上的冲击和振动在产品所能承受的范围内。从造成破损的力学环境看，主要是：①压力；②振动；③冲击。因此我们主要研究冲击和振动。 第二章 振动理论基础 第一节 振动概述 振动的概念 任何产品在运输过程中都要受到振动，例如汽车在不平路面上行驶时的颠簸，火车经过钢轨的接头时等。所谓振动，指的是物质系统的状态的某种周期性变化，某个物理量的值在观测时间内不停地经过极大值和极小值地改变，这种变化状态就叫振动。如果振动的物理量是电学量就称为电振动，如果振动量是机械量，物体在平衡位置附近往复运动，就称为机械运动。包装动力学要研究的是机械振动。 对任何一个受到振动的系统来说，一般都