新型夹芯结构包装材料的缓冲性能研究
随着运输包装的发展，现有的缓冲材料主要包括纸质缓冲材料、发泡塑料缓冲材料等。其中，夹芯板材缓冲包装的夹芯层结构对于缓冲性能具有重要影响。 分形结构，是一种特殊的几何图形，分形结构具有自相似性、多尺度对称性、结构紧凑等优点。分形理论在不同领域的结构单元设计中都有广泛的应用，如力学、化学、电磁学、林学等。正是因为分形结构具有较强的空间填充能力和递推关系，所以将其用在缓冲结构上能够实现与众不同的效果。 本研究基于Hilbert分形结构，通过参数化建模的方式，利用基于LOGO语言的字符串重写技术，通过L（林氏）语言表达分形的生成机制，将Hilbert分形理论形成一个递推公式，形成了三阶模型。利用SolidWorks软件，对Hilbert分形结构进行三维模型设计，通过3D打印的技术，制备了Hilbert分形结构模型。进行了准静态压缩和动态冲击试验，测试Hilbert分形结构的机械力学性能。针对热塑性聚氨酯材料的物理特性，构建Yeoh二阶本构模型，在ANSYSWorkbench软件中验证材料属性，同时通过有限元的方法模拟不同阶数和层厚的Hilbert分形结构的缓冲性能。以单位质量能量吸收（SEAm）为目标参数，进行结构响应面优化，找到最合适的Hilbert分形结构。并且与常见的“米”字型结构进行性能对比，突出Hilbert分形结构的结构优势所在。 研究表明，将热塑性聚氨酯材料的单轴拉伸数据为基础，建立Yeoh二参数本构模型，静态压缩结果与试验数据误差8%，验证有限元能够指导夹芯结构设计。同时，在静态压缩试验中，在分形因子（n）为2.5、单元层厚（t）为0.75mm时，单位质量能量吸收达到0.0076J/g，效果最优。与米字型夹芯结构进行对比，总能量吸收Hilbert分形结构提升120%，单位质量能量吸收提升72%。在动态冲击试验中，Hilbert分形夹芯结构最佳缓冲性能在分形因子（n）为2、单元层厚（t）为1mm时，单位质量能量吸收达到0.0024J/g，通过与米字型夹芯结构进行对比，总能量吸收Hilbert分形结构提升98%，单位质量能量吸收提升26%。相比普通塑料板材能量吸收改善明显，对于新型缓冲包装结构的开发与应用具有现实意义。
包装材料;夹芯结构;热塑性聚氨酯;缓冲性能
天津科技大学
硕士
轻工技术与工程
宋海燕
2022
中文
TB485.1
2023-08-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）