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纸瓦楞—蜂窝层状复合结构的缓冲性能与结构优化分析

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纸瓦楞—蜂窝层状复合结构的缓冲性能与结构优化分析

作者：卞征西安理工大学

学位级别：硕士

纸瓦楞与纸蜂窝这两种材料以其优异的缓冲吸能特性在运输包装行业广泛应用。本文以单层纸瓦楞-蜂窝层状复合结构作为研究对象,对此结构在跌落冲击载荷条件下的缓冲性能和结构开展优化分析。基于理论分析模型,利用有限元仿真模拟、实验... 详细信息

纸瓦楞与纸蜂窝这两种材料以其优异的缓冲吸能特性在运输包装行业广泛应用。本文以单层纸瓦楞-蜂窝层状复合结构作为研究对象,对此结构在跌落冲击载荷条件下的缓冲性能和结构开展优化分析。基于理论分析模型,利用有限元仿真模拟、实验验证和试验设计及多目标优化方法,对提高纸瓦楞-蜂窝层状复合结构的缓冲吸能特性进行研究和分析。首先,纸瓦楞-蜂窝层状复合结构的构建。设计了具有不同双瓦楞纸板厚度、蜂窝胞元边长和蜂窝厚度层合而成的层状复合结构。进行了其变形模式的分析,为后续缓冲吸能特性分析提供了理论基础。并进行了材料相关材料参数的计算,获得了可供于后续有限元分析的材料参数。其次,层状复合结构有限元模型的建立与实验验证。建立了对应的有限元动态跌落冲击模型,为验证有限元模型,对纸瓦楞-蜂窝层状复合结构进行了动态跌落冲击试验,并将试验结果与仿真进行对比。通过进行结构变形、应力-应变曲线的对比分析,表明有限元模型具有较高的准确性和有效性,可以基本正确的表现实验结果,适用于接下来的参数研究和多目标优化。再次,层状复合结构的缓冲吸能特性和抗冲击性研究。研究了设计变量及跌落冲击条件对纸瓦楞-蜂窝层状复合结构的影响,其中,设计变量包括:瓦楞纸板的厚度(瓦楞纸板的楞型)、蜂窝胞元的边长和蜂窝纸板的厚度。加载条件包括:跌落高度;重锤质量。利用总吸能、比吸能和初始峰值应力等缓冲吸能指标来评价瓦楞纸板的厚度、蜂窝胞元的边长和纸蜂窝厚度三个结构参数对层状复合结构缓冲吸能特性的影响规律。最后,采用响应面法对层状复合结构的缓冲性能进行优化。选取初始峰值应力和比吸能作为最优工程优化目标,选择瓦楞纸板的厚度、蜂窝胞元的边长和蜂窝纸板的厚度作为优化变量。对优化变量和优化目标进行拟合,并通过方差分析表、等高线图和三维响应面图得到了多目标优化下的综合最优解。

关键词：纸瓦楞纸蜂窝缓冲吸能代理模型优化

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纸蜂窝压缩密实化应变评估

机械工程学报 2009年第5期45卷 285-289页

作者：王冬梅王志伟深圳职业技术学院媒体与传播学院深圳518055 暨南大学包装工程研究所珠海519070

分析纸蜂窝压缩密实化应变对纸蜂窝吸能特性评估的重要性,引入纸蜂窝压缩瞬时相对密度的概念,从理论上建立纸蜂窝压缩密实化应变评估方程,并做了不同结构参数的纸蜂窝准静态压缩试验,试验结果表明纸蜂窝胞壁厚度、边长和纸蜂窝的拉伸率... 详细信息

分析纸蜂窝压缩密实化应变对纸蜂窝吸能特性评估的重要性,引入纸蜂窝压缩瞬时相对密度的概念,从理论上建立纸蜂窝压缩密实化应变评估方程,并做了不同结构参数的纸蜂窝准静态压缩试验,试验结果表明纸蜂窝胞壁厚度、边长和纸蜂窝的拉伸率等结构因素对压缩密实化应变均有一定的影响:纸蜂窝压缩密实化应变随胞壁的厚度δ的增大而减小;随蜂窝胞元边长l的增大而增大;随蜂窝胞壁厚跨比δ/l的增大而减小;随其拉伸率r的增大,先增大后减小,在拉伸率为1时,其压缩密实化应变达最大值;纸蜂窝结构因素对其压缩密实化应变的影响与文中的理论公式是相符的,纸蜂窝的密实化应变与其相对密度近似呈反比例关系,当纸蜂窝的瞬时相对密度为0.39左右时,纸蜂窝压缩趋于密实化。将该评估方程用于五层瓦楞纸板的压缩密实化过程评估表明它也可用于其他结构形式纸蜂窝材料的压缩密实化应变评估,具有一定的普适性。

关键词：纸蜂窝压缩吸能密实化应变评估

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纸蜂窝夹芯复合板材静态缓冲性能研究

包装工程 2020年第3期41卷 115-120页

作者：张衬英杨小俊叶竹君覃路韦张斌湖北工业大学

目的为了新型纸蜂窝夹芯复合板材在运输包装中的推广应用,对新型泡状纸蜂窝夹芯复合板和纸蜂窝夹芯复合平板的缓冲性能和吸能特性进行研究。方法主要通过静态压缩实验,研究不同芯高的纸蜂窝结构类板材的应力-应变曲线、总能量吸收图、... 详细信息

目的为了新型纸蜂窝夹芯复合板材在运输包装中的推广应用,对新型泡状纸蜂窝夹芯复合板和纸蜂窝夹芯复合平板的缓冲性能和吸能特性进行研究。方法主要通过静态压缩实验,研究不同芯高的纸蜂窝结构类板材的应力-应变曲线、总能量吸收图、单位体积能量吸收图和缓冲系数-应变曲线,分析结构和芯高对板材静态压缩性能的影响。结果数据表明同种芯高的板材,纸蜂窝夹芯复合平板的应力峰值稍高;纸蜂窝夹芯复合平板的能量吸收、单位体积能量吸收最好;泡状纸蜂窝夹芯板由于泡结构的作用,缓冲性能大大增强。结论纸蜂窝夹芯复合平板的平压强度最好,而泡状纸蜂窝夹芯复合板的缓冲性能优于同等结构的蜂窝纸板,2种板材都有很好的应用前景。

关键词：泡状纸蜂窝纸蜂窝夹芯复合平板静态压缩缓冲性能

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复合纸蜂窝结构的力学性能与吸能特性研究

实验力学 2021年第5期36卷 627-637页

作者：范成年张磊单俊芳王鹏飞徐松林中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室安徽合肥230027

本文对不同类型、不同组合的Aramid纸蜂窝结构进行了抗压实验,并与单层蜂窝的抗压实验结果进行对比,总结其力学性能和吸能特性。组合的类型包括不带隔板的2个规格相同的蜂窝组合,以及包含铝隔板的相同规格的2个蜂窝组合。结果表明,复合... 详细信息

本文对不同类型、不同组合的Aramid纸蜂窝结构进行了抗压实验,并与单层蜂窝的抗压实验结果进行对比,总结其力学性能和吸能特性。组合的类型包括不带隔板的2个规格相同的蜂窝组合,以及包含铝隔板的相同规格的2个蜂窝组合。结果表明,复合纸蜂窝结构具有一定的应变率效应,并且其吸能特性远优于单层纸蜂窝,加入铝隔板的纸蜂窝吸能特性会进一步提升。为了验证实验结果,基于数值方法建立了合理的分析模型,计算结果与实验结果吻合较好。研究结果表明,含有铝隔板的组合适用于需要较大坍塌应力的防撞结构中,而无隔板组合适用于需减小初始破坏应力的阻尼吸能结构中。

关键词：纸蜂窝组合结构抗压实验力学性能吸能特性

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纸蜂窝压缩临界应力经验评估

包装工程 2007年第8期28卷 14-15,18页

作者：王冬梅深圳职业技术学院深圳518055

纸蜂窝面外压缩临界应力是评估纸蜂窝承压性能的一个重要指标。试验分析表明Gibson多孔材料屈曲应力评估方程适合于纸蜂窝的压缩承载性能评估。通过数据拟合的方法找到了适合于纸蜂窝面外压缩临界应力与纸蜂窝相对密度之间的关系,该评... 详细信息

纸蜂窝面外压缩临界应力是评估纸蜂窝承压性能的一个重要指标。试验分析表明Gibson多孔材料屈曲应力评估方程适合于纸蜂窝的压缩承载性能评估。通过数据拟合的方法找到了适合于纸蜂窝面外压缩临界应力与纸蜂窝相对密度之间的关系,该评估方程可用于纸蜂窝结构的合理选用和优化设计。

关键词：纸蜂窝临界应力估算方程

蜂窝厚度对纸蜂窝/聚乙烯泡沫复合层状结构的动态缓冲吸能特性的影响

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中国塑料 2020年第8期34卷 36-43页

作者：康健芬郭彦峰付云岗韦青吉美娟西安理工大学印刷包装与数字媒体学院西安710048

针对纸蜂窝与聚乙烯泡沫的2种复合层状结构的缓冲防护作用,研究分析在不同跌落冲击条件下蜂窝厚度对其加速度响应、压缩变形和缓冲吸能特性的影响规律。在静态压缩中一层蜂窝对应一个应力波峰,而跌落冲击动态压缩中较大厚度蜂窝会出现... 详细信息

针对纸蜂窝与聚乙烯泡沫的2种复合层状结构的缓冲防护作用,研究分析在不同跌落冲击条件下蜂窝厚度对其加速度响应、压缩变形和缓冲吸能特性的影响规律。在静态压缩中一层蜂窝对应一个应力波峰,而跌落冲击动态压缩中较大厚度蜂窝会出现次坍塌行为导致的小应力波峰,蜂窝厚度的增加能够提高聚乙烯泡沫及其复合层状结构的抗冲击能力。对于厚度为10、15、20、25 mm的纸蜂窝与聚乙烯泡沫的复合层状结构,在低冲击能量作用下蜂窝厚度的增加降低了缓冲吸能特性,而在高冲击能量作用下蜂窝厚度的增加能提高能量吸收能力。但是,大厚度70 mm纸蜂窝与聚乙烯泡沫的复合层状结构的缓冲吸能效果相对较差。对于相同的蜂窝厚度情况,在相同的冲击质量或冲击能量作用下,单面复合层状结构的应变能、比吸能和行程利用率相比双面复合层状结构分别提高了11. 5%、39. 1%和16. 2%,缓冲吸能效果更好。

关键词：纸蜂窝聚乙烯泡沫复合层状结构跌落冲击缓冲吸能特性

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回收泡沫—纸蜂窝复合结构传热机理研究

回收泡沫—纸蜂窝复合结构传热机理研究

作者：徐召来江南大学

学位级别：硕士

在运输和储存的过程中,保温不当将导致温度敏感性产品破损失效问题的发生。将温度敏感性产品控制在一个适宜的温度范围内,并对其进行保温隔热包装就显得非常重要。目前的隔热材料通常采用聚合物泡沫塑料,而泡沫塑料的大量使用会对环境... 详细信息

在运输和储存的过程中,保温不当将导致温度敏感性产品破损失效问题的发生。将温度敏感性产品控制在一个适宜的温度范围内,并对其进行保温隔热包装就显得非常重要。目前的隔热材料通常采用聚合物泡沫塑料,而泡沫塑料的大量使用会对环境造成严重污染。纸蜂窝具备优异的力学和热学性能,使其有望成为一种兼具承载和隔热功能一体化的包装材料。同时,泡沫塑料具有优异的保温隔热性能,如果能重新利用废弃泡沫塑料并将其作为纸蜂窝芯层中的填充材料,则可以进一步降低纸蜂窝的有效导热系数。鉴于此,基于纸蜂窝和废弃泡沫塑料,制备回收泡沫-纸蜂窝复合结构包装箱,对温度敏感性产品的包装设计具有实践指导意义。为了评估回收泡沫-纸蜂窝复合结构包装箱在隔热包装中应用的可能性,以纸蜂窝和回收泡沫-纸蜂窝复合结构为研究对象,开展传热性能的研究。研究内容主要包括:(1)建立纸蜂窝典型单元的物理模型,分析纸蜂窝中可能存在的传热方式与传热特点,给出了热传导、辐射换热和对流换热有效导热系数的理论公式,并利用有限元软件COMSOL Multiphysics模拟验证纸蜂窝内的空气对流。通过稳态传热试验测定纸蜂窝的有效导热系数,定性考察纸蜂窝在上热下冷和上冷下热工况下的传热性能及其影响机理。拟合试验结果得到预测纸蜂窝有效导热系数的理论模型,并在此基础上,考察对流换热对纸蜂窝有效导热系数的影响。(2)从理论层面分析颗粒堆积结构中的传热特点,给出颗粒堆积结构中不同传热路径有效导热系数的理论模型。选用EPS颗粒作为纸蜂窝芯层的填充材料,制备回收泡沫-纸蜂窝复合结构板,给出制作流程,用孔隙率描述其典型单元的结构特征。通过稳态传热试验测定回收泡沫-纸蜂窝复合结构板的有效导热系数,拟合试验结果得到预测回收泡沫-纸蜂窝复合结构有效导热系数的理论模型,进一步考察孔隙通道中对流换热对回收泡沫-纸蜂窝复合结构有效导热系数的影响。(3)基于试验结果和理论结果,探讨传热方向、纸蜂窝单元结构几何参数、颗粒粒径和颗粒导热系数对纸蜂窝传热性能的影响,并定量考察热传导、辐射换热和对流换热对纸蜂窝和回收泡沫-纸蜂窝复合结构有效导热系数的贡献。(4)利用纸蜂窝和EPS颗粒设计制备回收泡沫-纸蜂窝复合结构隔热包装箱,分析包装箱的传热过程,并研究包装箱尺寸和蓄冷剂质量对回收泡沫-纸蜂窝复合结构隔热包装箱保温时间的影响。本文研究拓展了纸蜂窝和回收泡沫的应用领域,丰富了包装材料体系,建立了纸蜂窝和回收泡沫-纸蜂窝复合结构为隔热层制备包装材料的工艺方法和理论,研究结果在隔热包装中具有一定的理论意义和工程应用价值。

关键词：纸蜂窝 EPS颗粒理论模型对流换热有效导热系数

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硅酸钙/纸蜂窝复合墙板的性能研究

硅酸钙/纸蜂窝复合墙板的性能研究

作者：杨丹陕西科技大学

学位级别：硕士

纸蜂窝夹芯结构材料作为一种新型环保的复合材料,其材料性能具有很大的优越性,被广泛应用于建筑、包装等行业。随着我国建筑业的快速发展以及人们环保观念的日渐加深,绿色墙材越来越受到市场的欢迎,因此不断开发和推广新型绿色墙体材料... 详细信息

纸蜂窝夹芯结构材料作为一种新型环保的复合材料,其材料性能具有很大的优越性,被广泛应用于建筑、包装等行业。随着我国建筑业的快速发展以及人们环保观念的日渐加深,绿色墙材越来越受到市场的欢迎,因此不断开发和推广新型绿色墙体材料是非常有必要的。本文研究了一种面板为纤维增强硅酸钙板的纸蜂窝复合建筑板材,介绍了生产所需的原材料和生产工艺,分析了其作为建筑墙体的性能优势;通过对这种产品力学性能和隔声性能的研究,以便选择出能够满足建筑对轻质墙体要求的最佳材料参数,为此产品进一步开发设计提供有力基础。本文通过平压试验、弯曲试验、抗冲击试验和单点吊挂试验,分析了硅酸钙／纸蜂窝复合板的各项力学性能,研究其实用性能。通过抗压试验分析其压溃过程,主要分为七个阶段,表现为夹层蜂窝纸芯的先后压溃;通过弯曲强度试验发现弯曲破坏的基本表现形式为面板的断裂、板问的脱胶以及蜂窝纸芯的压溃,其中,面板的断裂最先表现出来;通过抗冲击试验研究墙体能够承受的冲击,用规定重量的砂袋冲击板面,表现均为良好,各种厚度的复合墙板均没有出现裂纹;通过单点吊挂试验分析其能承受的单点吊挂重物的重量,结果表明,厚度在90mm及以上的复合墙板单点吊挂性能良好。对于轻质墙体,隔声性能也是评价墙体综合性能的重要指标。本文应用声学研究的基础理论分别对单层墙和双层墙的隔声性能进行了阐述,根据板材隔声与声场流体的理论,在分析软件ANSYS中建立了流固耦合场下的复合板模型,对不同面板厚度和蜂窝芯高度的复合板材的隔声量进行了有限元计算,提出了改善墙板隔声性能的一些有效措施。最后,本文对纸蜂窝轻质墙体的安装工艺进行了简要的说明,并与传统建筑材料做比较,分析其优势;以商铺装修上的应用为例,阐述了纸蜂窝复合墙体的社会效益和经济效益以及在建筑工业上具有广阔的应用前景。

关键词：纸蜂窝硅酸钙板复合墙板力学性能隔声

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酚醛型纸蜂窝浸渍胶的实验研究

材料科学与工程 1997年第3期15卷 52-54页

作者：仲伟虹张佐光北京航空航天大学

本文对酚醛型纸蜂窝浸渍胶进行了研究，即采用聚乙烯醇缩丁醛作增韧剂，配制了六种配比的胶液，并对浸渍该六种胶液的纸蜂窝的平压、剪切、吸湿等性能进行了测试和分析，给出了综合性能好和较好的配比。

关键词：酚醛树脂纸蜂窝浸渍胶胶粘剂