基于Ansys的新型双层蜂巢板抗压性能研究及优化设计

目的利用Ansys研究一种新型双层蜂巢板的结构特征来优化该蜂巢板的结构参数,提高其抗压性能。方法对蜂巢板进行压力试验和模型验证,利用响应面结果分析蜂巢单元的单元高度、厚度,以及中间面板厚度与蜂巢板平压最大等效应力的关系,最后利用响应面优化对蜂巢板进行多目标优化。结果蜂巢板的平压最大等效应力与蜂巢单元高度、壁厚、中间面板厚度都有很大的关系,优化后的蜂巢的质量由8.9979 g降至7.8215 g,下降了13.07%,而蜂巢板的最大应力基本无变化。结论通过Ansys Workbench的多目标优化,在保证蜂巢板抗压性能的情况下,有效地降低了蜂巢板的质量,同时也证明了此类方案的有效性。

抗菌聚丙烯板的制备与性能

目的制备一种具有抗菌性能的聚丙烯塑料板。方法以乙酸铜(Cu(CH_(3)COO)_(2)·H_(2)O)和乙酸锌(Zn(CH_(3)COO)_(2)·2H_(2)O)为原料,通过固相反应,生成铜(Cu)接枝在纳米氧化锌(ZnO)上制成Cu/ZnO无机抗菌材料。将抗菌材料与聚丙烯粒料共混、造粒和模压成型制得抗菌聚丙烯板。对Cu/ZnO无机抗菌材料和抗菌聚丙烯板进行扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、电感耦合等离子体质谱(ICP)、抗菌实验和拉伸、弯曲强度测试,对材料的化学组成、结晶性、抗菌性、力学性能和安全性能进行表征分析。结果采用抗菌母粒法制备的抗菌聚丙烯板,将抗菌剂分散均匀,抗菌剂的加入没有改变聚丙烯的化学结构。由于界面作用的存在,聚丙烯结晶温度升高,对熔融温度影响不大。力学性能测试表明,抗菌剂的加入使得聚丙烯板拉伸强度略有下降,弯曲强度呈现先上升后下降趋势;当抗菌剂质量分数为4%时,抗菌聚丙烯板具有最佳力学强度,且在此浓度下,抗菌聚丙烯对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率均达到99.99%。金属离子在发挥抗菌作用时,迁移量远远低于欧盟规定允许的最大迁移量。结论将通过固相反应制备的无机抗菌剂添加至聚丙烯粒料中制成抗菌聚丙烯板,将其进一步加工制成的果蔬周转箱可以有效减少箱体在运输中受到污染,如自身发霉长菌等现象,证明该材料具备食品包装的安全性。

聚丙烯夹芯板动态缓冲性能的研究

探索动态应力-能量法提高试验效率,预测3种不同夹层结构的聚丙烯板的动态缓冲曲线。研究其变化趋势,与常用的蜂窝纸板进行对比,分析其缓冲性能的优劣。结果表明:聚丙烯夹芯板的厚度越厚,最低点的最大加速度值越小,静应力越大。跌落高度增加,对板材冲击能量的吸收减少,单位面积上所能承受的冲击载荷减少。厚度均为10 mm的3种不同夹芯结构的聚丙烯板与蜂窝纸板的动态缓冲性能相比,脆值为40 g的产品选择蜂窝型芯层聚丙烯板作为缓冲材料所需承载面积最小,其次是米字型芯层聚丙烯板。对常用缓冲材料无法保护的重物而言,聚丙烯夹芯板的强度高,缓冲性能更好。得到3种不同夹层结构的聚丙烯板的动应力-动能量表达式,由此可以获得不同厚度、不同跌落高度的动态缓冲曲线,为今后选用缓冲材料提供理论依据。

基于ANSYS的聚丙烯围板箱的优化设计

旨在利用有限元方法对一种塑料围板箱进行优化,在保证其结构强度的基础上减轻其质量,降低生产成本。首先在进行蜂巢板三点弯曲试验的基础上进行有限元模型验证,接着运用ANSYS Workbench的多目标优化模块进行了敏感度分析、响应面分析和响应面优化。通过分析结果,优化后的蜂巢板质量减少了10.4%,等效应力下降了2.73%,强度得到了提高,质量下降,实现了优化目标。再将优化前后的蜂巢板模型代入围板箱模型中进行静载仿真,发现优化后围板箱静载最大等效应力下降了12.12%,等效应变下降了12.1%,实现了围板箱的轻量化设计。