木托盘RFID标签安装方式有限元分析及试验研究

目的采用仿真和试验手段并用的方法,研究RFID标签在木质平托盘上的适用安装方式及其对使用性能的影响。方法进行Ansys有限元仿真,分析木质平托盘承载和冲击试验中采用螺钉紧固及黏结剂粘贴方式安装的RFID标签所受应力。作为对比,在实验室进行实物试验,测量RFID标签表面应力,并测试标签读写性能。结果在托盘承载和冲击试验中,从RFID标签各构件及标签连接件的受力分析看,2种安装方式下的RFID标签均未出现脱落和物理性损坏。冲击试验后的RFID标签能够通过读写功能测试。有限元仿真与实物试验的应力分析结果相互吻合,验证了结果的正确性。结论RFID标签采用螺钉紧固和黏结剂粘贴的安装方式都能满足使用要求,且螺钉连接的耐用性更好。研究结果为RFID标签在木质平托盘的安装方式选择提供了理论依据。

基于SolidWorks和Ansys的铁路卷状货物横向限位运输座架设计

目的针对卷状货物在铁路运输途中常发生横向窜动,造成货物损伤、危及行车安全等问题,基于当前主流运输座架和技术经验,设计一款安全可靠、适用多种车型、可叠放回送、可循环使用、适合多种规格卷状货物、带有横向限位装置的运输座架。方法根据《铁路货物装载加固规则》,制定最不利工况下的卷状货物装载加固方案;依据《钢结构设计标准》及敞车、平车的结构,确定运输座架的结构和材料;通过SolidWorks-Ansys对运输座架进行建模和有限元分析,得到卷钢座架变形及应力的变化情况。结果通过分析可知,运输座架会受到垂向力、纵向力,其最薄弱部分的应力分别为355.14、341.99 MPa,位移变形量分别为0.55、1.069 mm,符合规定;在最不利工况下,横向限位挡件的最大应力为28.89 MPa,最大变形量为0.04 mm,符合规定。结论设计的铁路横向限位运输座架安全可靠,可有效防止货物发生横向窜动;叠装回送,可实现重去重回。该设计填补了现有运输座架对卷状货物无法进行横向刚性加固的空白,对当下卷状货物运输发展具有较大的促进作用。

多胞薄壁铝合金方管载荷特性与多目标优化研究

目的通过引入边长系数γ,得到构型不同的W型和C型多胞薄壁方管结构,改善多胞薄壁方管的吸能效率。方法本文利用实验和数值方法对2种类型方管进行研究,材料选用6060T4铝合金,深入分析边长系数γ和壁厚t对结构的载荷特性、能量吸收及变形模式的影响。然后采用非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm,NSGA-Ⅱ)求解,针对结构的峰值载荷(Pc)和比吸能(Sa)进行多目标优化。结果数值仿真所得载荷曲线与实验结果一致,折叠波数均为7个,边长系数γ对2类结构的载荷和变形有显著影响。结论本文所得结果为改善多胞薄壁方管结构的缓冲吸能及冲击防护提供了数据支持。

基于翻转课堂理念和研讨会教学模式的化学公共课程实验教学改革研究

为构建基于翻转课堂理念的研讨会(seminar)教学模式,践行“以学生为中心”的教学理念,北京印刷学院印刷与包装工程学院利用学校开放化学实验室开展化学公共课程实验教学改革探索,指导学生分组录制化学实验慕课,供学生线上学习,并设置问题进行在线讨论,参与录制实验慕课的学生在线下教学时协助教师进行实验教学。翻转课堂和Seminar教学模式的优点能够满足学生的个性化学习需求,让教师及时了解他们的学习情况,有效提高教学效果。通过参与课程教学改革,相关专业学生不仅协助教师完成了实验教学,还培养了自己的综合能力和协作精神。

真空平板玻璃托盘集装包装系统设计与跌落测试验证

目的对真空平板玻璃进行托盘集装包装系统设计,并进行跌落仿真测试,验证包装方案的可靠性。方法提出运输包装设计五步法。第1步产品及流通环境调研,得到相关信息;第2步包装方案设计及建模,选用瓦楞纸板、胶合板、EVA泡沫和捆扎带等包装材料,利用SolidWorks软件进行三维建模,建立各跌落工况下的几何模型;第3步有限元模型建立,对各包材选用合适的材料模型,并利用试验测得相关性能参数,在所建几何模型的基础上进行接触设置、网格划分和载荷设置;第4步有限元模型可靠性验证,对模型进行实际试验和相应仿真测试,两者结果对比分析;第5步多工况下仿真测试,涉及跌落、冲击、振动等。结果展示最具代表性的角、面和棱跌落仿真测试与相应试验结果,最大误差小于10%,验证了有限元模型的可靠性。进一步展示了跌落下各块玻璃的响应加速度,其中峰值加速度远小于真空平板玻璃脆值所允许的加速度,满足防护要求。结论基于上述运输包装设计五步法,所提出的包装方案满足跌落防护要求,也证实了基于该五步法进行包装防护设计的可行性。

快递箱提手的结构力学性能研究

目的为了研究快递箱提手即插销结构与其所能承受的平均质量之间的关系,从而便于设计和选用提手尺寸。方法针对已设计的一种快递箱插销,通过力学知识、人机工程学知识等分析该插销结构性能的影响因素,并制定插销结构的强度测试方案。结果根据测试数据处理分析,提手宽度a可由MATLAB生成的公式计算;提手宽度a/锁翼宽度b在0.5~0.8时,可承受的质量为15.33~17.40 kg;锁翼长度c在20~60 mm时,可承受的质量为3.76~18.26 kg;板边距d在6~22 mm时,可承受的质量为3.05~5.21 kg。结论以实验数据及结果为参考拟定了插销尺寸设计步骤,便于行业相关从业者参考。

复合材料气密包装箱设计及试验验证

目的 为适应产品集装化大批量输送、环境适应性强、快速保障的需要,研究轻质高强复合材料气密包装箱设计方案。方法 首先进行包装箱设计需求分析,明晰包装箱设计要点。其次,分别从性能、结构、工艺三方面开展设计。基于复合材料设计特点,采用系统最优的设计思路进行增强材料、基体材料和芯材料的设计及选型,提出箱体设计方法。针对内装物长期存储问题,提出气密包装箱关键密封结构设计方法。基于低导热系数聚氨酯保温材料,进行包装箱保温结构设计,满足包装箱在恶劣自然环境下的保温要求。结合包装箱低成本设计要求,提出包装箱真空导流工艺技术路线。结果 包装箱承压能力可以达到20 kPa以上,可适应高温55℃、低温-50℃的使用环境,充气后72 h压降不大于10%,同时可以满足堆码、吊装及叉装工作要求。结论 该复合材料包装箱可以适应产品快速、高效保障的需求,有广阔的市场前景和推广价值。

枪弹包装箱通用化、系列化、组合化设计

目的提高枪弹包装箱通用化、系列化、组合化水平,满足枪弹保障需求。方法研究枪弹包装箱的现状和发展趋势,通过精简包装箱规格、统一包装箱平面尺寸、设计包装箱高度系列、规范包装箱主体结构、统一包装箱堆码接口、创新包装箱交错堆码方式等规范枪弹包装箱的设计。结果对枪弹包装箱进行通用化、系列化、组合化设计,试制了样箱,并试验验证了设计的合理性、先进性。结论通过对枪弹包装箱进行通用化、系列化、组合化设计,实现一箱多用、不同规格包装箱的“乐高式”混合交错堆码,可提高包装箱的利用率、堆码稳定性,利于机械化装卸、集装化运输、成套化保障。

单晶硅片循环包装设计与可靠性分析

目的以某公司M10型单晶硅片为研究对象,基于缓冲包装六步法及4R1D原则设计安全经济的单晶硅片循环包装方案。方法使用Creo软件建立3D模型,利用ANSYSLS-DYNA进行堆码跌落仿真,结合跌落试验结果验证包装的可靠性。结果动态跌落仿真在角跌落工况下,跌落角产生最大应力为34.42 MPa,小于包装箱许用应力40 MPa;产品最大响应加速度为38.71g,发生在棱跌落工况,小于产品脆值50g。试验与仿真平均误差为8.30%,在450 mm跌落高度下。使用此循环包装方案,产品整体破损率降低了8.02%。结论此循环包装的安全性、便利性和经济性优于现有一次性包装的。

高g值冲击下薄壁管抗冲击性能研究

目的在弹箭发射与侵彻时,弹箭系统内部测试电路元件承受高g值加载。为提高电路元件的存活度,需对其进行缓冲防护。方法利用气炮装置发射钢弹,撞击底座获得高g值加载,研究铝合金薄壁管的抗冲击特性,并基于LS-DYNA研究薄壁管壁厚和冲击速度对高g值冲击过程的影响。结果钢弹冲击速度增加,底座的激励加速度幅值(Acceleration Amplitude of Excitation,AAE)逐渐增加,单层管(CirT)和多胞管(MT)的缓冲效率分别达到91.0%和74.7%,数值模拟所得AAE和响应加速度幅值(Acceleration Amplitude of Response,AAR)与实验结果误差<5%,薄壁管壁厚对激励加速度几乎无影响。结论本文所得结果对轻质元件的高g值冲击防护有较强的指导意义。

基于参数化建模的控温包装传热仿真系统开发

目的开发控温包装传热仿真系统Tpackage,通过参数化建模和传热仿真,对控温包装的保温效果进行有效分析。方法以典型控温包装为研究对象,基于OpenCASCADE、QT与VTK设计控温包装参数化建模模块;分析包装内外热量传递规律,开发控温包装传热求解器模块。集成2个模块实现控温包装的参数化建模和传热过程的数值模拟。结果使用Tpakcage在30、40℃2个环境温度下对2套控温包装系统(TC1、TC2)进行传热仿真,并采用Comsol进行同条件模拟,产品测温点到达8℃所经过时间的最大误差分别为7.04%(TC1-30℃)、9.87%(TC1-40℃)、8.82%(TC2-30℃)、9.73%(TC2-40℃);在30℃条件下进行实际验证实验,通过Tpackage进行同条件对比验证,产品测温点到达8℃所用时间的最大误差为9.47%。结论Tpackage能够实现典型控温包装的参数化建模,并有效评估控温包装的温度场分布。该研究可为控温包装优化设计提供参考,提高控温包装设计效率。

锂电池可回收有机硅胶包装设计及其性能分析

目的针对目前锂电池包装密封性差,正负极容易被潮湿环境损坏的情况,设计一种内包装采用HL-1029有机硅胶包裹锂电池,外包装用瓦楞纸盒包装的结构。方法根据锂电池型号及尺寸计算HL-1029包裹体厚度,建立包装件三维模型,在有限元环境中分析3500 mm码垛高度以及1200 mm跌落高度下,瓦楞纸箱、瓦楞纸隔板、HL-1029包裹体以及锂电池的应力云图。结果3500 mm码垛高度以及1200 mm跌落高度下,锂电池所受的静应力和等效应力分别为0.03 MPa和8.80 MPa,锂电池所受静应力和等效应力均未超出其材料的屈服强度。结论综合有限元分析结果,HL-1029包裹体可为锂电池运输过程中提供充分的防护,并且具有极高的可循环性。研究可为锂电池以及精密电子元器件的密封性包装提供研究思路。

基于数学建模方法的异型折叠纸盒运输装箱研究

基于数学建模方法对一种典型的异型折叠纸盒——三角八棱异型折叠纸盒的合理运输装箱进行研究。首先根据纸盒的建模辅助尺寸,对其体积、表面积、内装物的相关参数和运输空间的数学模型进行推导。然后根据推导的数学模型进行软件编程,从程序界面输入纸盒和运输包装的基本参数后,即可输出纸盒、内装物和运输包装的最优相关参数值。利用最优的参数值可快速地进行实物打样制作纸盒和运输包装。

基于跌落仿真的集成灶包装优化设计

目的对集成灶的跌落缓冲包装进行原始的设计及优化,要求通过实体样机测试验证并满足装柜量要求。方法首先,用缓冲系数法对包装进行初始设计得到最小厚度;其次,用ABAQUS建立跌落有限元模型做模拟测试,获取精确的脆值来校准最小厚度,以进行装柜尺寸约束判定;最后,通过仿真位移云图和等效塑性应变云图做跌落过程的失效分析,对包装进行局部优化。改善前后的方案同步做实体样机测试验证。结果仿真模型的云图显示,基于包装优化方案的侧板等效塑性应变从0.158降低到0.020,达到了仿真判定合格的标准,与测试结果一致,同时装柜量能得到保证。结论仿真模型与缓冲系数法结合的设计方法,能有效指导包装设计,节约测试资源,缩短开发周期。

大尺寸冰箱运输包装设计与仿真分析

目的以某品牌四开门冰箱为研究对象,基于缓冲包装“五步法”,通过结构设计和仿真分析对冰箱包装进行优化改善,为大尺寸冰箱设计更合理的运输包装方案。方法通过拓扑优化方法研究底垫材料的最优分布,以优化结果指导底垫结构设计;运用仿真软件ANSYS对冰箱包装件进行跌落仿真分析,并结合可靠性试验,验证包装新方案的可靠性。结果得到包装件的面跌落、棱跌落、角跌落响应加速度峰值分别为28.2g、20.3g、16.8g,均小于许用脆值40g,对比跌落试验采集到的数据与仿真数据,验证了仿真分析的可靠性;优化后底垫质量为0.46kg,相较于初步设计质量(0.72kg)减少了约36%,每套包材成本降低了13.69元,降幅约9.8%。结论应用拓扑优化及有限元仿真的方法,对冰箱包装设计方案进行改进,减少了物理试验的次数,缩短了包装研发周期,降低了包装研发成本,可为类似产品工程实践中的包装研发工作提供思路。

乏燃料运输容器中子屏蔽层等效导热性能研究

目的乏燃料组件运输容器具有防止临界、包容、屏蔽、导出衰变热等功能。为了更好地分析乏燃料运输容器中子屏蔽层的导热性能,针对某型号乏燃料组件运输容器开展中子屏蔽层等效导热性能研究。方法采用三维计算流体力学软件,分别分析了正常运输工况和事故工况下不同换热鳍片对中子屏蔽层轴向和径向等效导热系数和圆环内部温度的影响。结果采用导热性能良好的散热鳍片可以有效提升中子屏蔽层的导热能力;对于轴向和径向导热,采用铜鳍片时,等效导热系数约是采用碳钢鳍片时的6倍,是采用304不锈钢鳍片时的10~13倍;由于所研究的运输容器内径较小,通过面积加权平均法计算的等效导热系数高于数值计算方法,相对误差约为17%;不同散热鳍片情况下,火烧30 min后屏蔽材料内表面温度差异不大。结论分析结果对后续乏燃料运输容器设计和热工安全分析可提供指导。

基于ABAQUS的新燃料运输容器橡胶减振器优化设计

目的基于现有的橡胶减振器,运用ABAQUS软件建立橡胶减振器的有限元模型,仿真模拟橡胶减振器的工作过程,并在现有结构基础上对其结构进行优化,解决其表面出现裂纹的问题。方法首先对现有结构进行仿真分析,找到其应力集中部位。其次,开展材料选型研究,设计具有高强度、抗疲劳且易黏合的橡胶配方。再次,运用橡胶减振器的有限元模型,在不改变刚度特性的前提下进行结构优化设计。最后,通过样品的疲劳试验,对比验证新研制减振器的可行性。结果改进后的减振器在200万次疲劳试验后的动刚度衰减不到3%,展现出更好的疲劳老化性能。结论通过有限元分析与试验相结合的方式,对某型号橡胶减振器裂纹缺陷的原因进行了分析,解决了该工艺改进难题,可为同类型减振器设计提供重要技术指导。

悬浮式烘箱风嘴结构的优化设计及实验验证

目的创新设计风嘴泄压孔结构,优化风嘴和基材之间由于气流撞击而形成的涡流,导致基材表面风速温度堆积不均匀的问题。方法采用Fluent软件,建立单一的风嘴仿真模型,并利用RNG k-ε湍流模型进行数值仿真模拟,分析风嘴有无泄压孔结构对基材干燥特性的影响,并在7种泄压孔设计结构中确定了相对最优方案,通过搭建实验台验证最优风嘴泄压孔结构设计的合理性。结果实验研究结果表明,通过增设相对最优风嘴泄压孔结构,基材表面涡流产生区域平均风速提高了3.32m/s,均方差降低了0.86;平均温度提高了24.76 K,均方差降低了5.96,表明设计有泄压孔结构的风嘴能明显改善由于涡流堆积造成的风速和温度较低的现象。结论设计泄压孔结构的风嘴在两狭缝之间区域的风速和温度均有明显提升,涡流区域的压力产生明显下降,改善了风嘴两狭缝之间由漩涡引起的风速、温度较低现象。

重型八角瓦楞纸箱的抗压强度及其预测模型研究

为研究重型八角瓦楞纸箱抗压强度影响因素的主次顺序及其函数关系,建立科学合理的抗压强度预测模型。选取复合瓦楞纸板边压强度、底边周长、高度和邻边比为影响因素,基于相似准则设计四因素三水平正交试验,使用SPSS和MATLAB进行试验数据处理和多元线性回归方程拟合,并根据实际设计案例加工试样进行验证。结果表明,八角箱抗压强度影响因素的主次顺序为边压强度>底边周长>邻边比>高度;试验数据验算误差和试验验证误差分别为11.6%和11.08%,预测模型的精度高于传统普通纸箱常用的计算公式。研究结果为解决八角箱产品的抗压强度预测、选材和结构参数设计提供科学依据。

复合材料包装箱模块化设计与成型技术研究

目的为了满足复合材料包装箱在交通运输方面的更多需求,本文研究出一种轻质、高强、耐腐蚀、防霉、安装轻便快捷的复合材料包装箱制造技术。方法本文通过包装箱设计与仿真分析、产品表征等工序开展研究,将包装箱设计成4种16块单元面板,通过材料筛选、模具设计、单元件成型工艺研究,完成面板制作,并进行单元件质量称量、力学性能表征试验。结果包装箱总质量较同规格金属箱子质量减少70%以上,力学测试结果显示实际弯曲强度较理论值高85.41%,泡沫加强筋平拉强度较理论值高出15.08%。结论研究结果表明模块化复合材料包装箱满足设计要求。