单元一产品运输包装设计的基础理论-2

包装力学与流变学基本概念G因子的概念gamgmaGFmgWmaFgaGG因子的表达式：它表示加速度为重力加速度的倍数。也表示合外力F为重力W的倍数G因子的物理意义1、G不仅表示加速度a为重力加速度g的倍数，也表示合外力F为重力W的倍数。在包装力学中，物体产生的最大加速度用Gm表示,物品所允许的最大加速度（保证在不破损的条件下）用Gc表示，且称Gc为脆值或称为该物品的易损度。为保证物品不发生破损，必须满足如下条件：cmGGG因子的物理意义2、G因子的时间效应加速度-时间曲线如图所示：不同波形的△V的计算：①矩形波：②半正弦波：③三角形波：tavtavtavmmm212冲击加速度：①矩形波：②半正弦波：③正矢波：④三角形波：)2(2/)2(2/)]([sin)(sin22122111121ttttttGGttttttGGttGGttGGGGmmmmm2、G因子的时间效应意义：产品受到冲击，其冲击加速度脉冲的时间可能短（如刚硬的材料作用于地面），也可能长（如弹塑性的缓冲材料作用于地面）。作用时间短时，有时尽管力很大，往往只是在其表面打出一个痕迹，而产品内部并未受到多大影响。作用时间长，如一个长期作用的力加在材料上，虽然离不大，作用点也没有明显的局部效应，但随着时间延长会导致材料整体变形。包装材料多为弹塑性材料，更应重视作用力的时间效应。G因子的物理意义3、包装件跌落时产生的最大加速度Gm是跌落时弹性材料产生的最大变形与弹性材料缓慢释放完全后的变形之比值。具体见黑板推导。smmsmmGGG因子的物理意义4、动应力与静应力之比称为动载系数，而跌落时产生的最大加速度近似等于动载系数。mmsddGGk1应变能材料在压力F作用下发生变形x，该变形x即力F的位移，所以测定施加力的过程的力—变形曲线，该曲线下的面积表征了压力F所做的功W。当转化为应力—应变曲线时，该曲线下的面积则表征了该材料的应变能e，即单位体积材料在变形过程中所吸收的能量。它是材料的属性。而力—变形曲线还与材料尺寸、形状有关。WeVFdxWde缓冲材料是粘塑弹性物质所谓粘塑弹性物质是可以假定由弹性、粘性、塑性三要素所构成的物质。弹性理想的弹性模型是F=kxFxkx弹性极限弹性极限是去掉外力时材料能完全恢复其原有状态的应变极限。在弹性极限内，应力与应变成线性关系，且弹性能使其保持原有平衡位置。所以，对于受往复作用力的缓冲材料来说，弹性是一个最重要的性质缓冲材料按应力—应变关系分：线性弹性材料非线性弹性材料线性弹性材料在使用范围内遵守虎克定律，也就是在使用范围内未超出其弹性极限，或说是弹性极限较宽的材料FxkOl(a)线性F=kx非线性弹性材料分段线性：一般由结构和组合造成的。三次函数型：在小变形时十分接近线性，主要代表是悬挂包装的组合弹簧。正切型：十分接近线性材料在趋于压实状态的情况。双曲正切型：弹性极限较小的材料在较大范围内的典型表现。不规则形：如前段像双曲正切型，而后段像正切型的组合形态。(b)分段线性FxOxsk1k2)()()(1221sssxxxkkkxxxkF(c)三次函数型FxOk030rxxkFr0r0(d)正切型Fxk0OxbbdxdkF2tan20具有正切函数型的缓冲材料很多：如泡沫橡胶、棉花、乳胶海绵、碎纸、涂胶纤维以及预压后的聚苯乙烯泡沫塑料、高发泡聚乙烯塑料、缓冲包装用气垫等。(e)双曲正切型Fxk0O000tanhFxkFFF0实际上没有什么材料精确地具有这种力学性质但瓦楞纸板、蜂窝纸板、聚苯乙烯泡沫塑料EPS等塑性较大的材料在其受到外力作用的初期所表现的力学性质属于这种类型。(f)不规则形FxO表达弹性的物理量1、弹性模量E、弹性刚度k2、（研究小变形）初始弹性模量/刚度aadxdFkddEa00xdxdFkddE弹性变形率（或称弹性率）对纤维材料（如纸）：设原长l0的试料上施加荷重（通常以荷重F=0.6FB为标准，FB为使其破断的荷重），伸长到l1，去掉荷重后长度变为l2，那么弹性变形率为：%100021lll缓冲材料的弹性率L为破断前的全长，%10001lll缓冲材料的弹性效率%100HRRAOABCDRHE可将一重锤由一定高度自由落下，落到所研究的缓冲材料上，根据其反跳起的高度来求弹性效率。组合材料的等效弹簧刚度和等效弹性模量eeExFk二、塑性固体在其弹性极限内对外力有弹性表现，但一超过该界限就会发生流动，造成永久变形或破坏，称这种性质为塑性。塑性发生在弹性极限与强度极限之间的曲线段上，所以这个范围的大小与永久变形的大小都是十分重要的。用于一般缓冲包装的积层式瓦楞纸板、木丝、聚苯乙烯泡沫EPS等，都不同程度地利用材料的塑性来达到缓冲的目的，因而称它们为压溃型缓冲材料。三、粘性（阻尼）粘性指物体受力作用时，与其速度有关的阻力。线性阻尼表示阻力与运动的速度成正比。实际缓冲材料的粘性阻力，是材料本身阻碍变形的一种阻力，它由内部摩擦和内部结构形状所引起的。例如具有连续气泡体重的空气被挤出时，由于空气的粘性，就产生了与空气通过的速度大小成正比的阻力与速度有关的阻力，不一定与速度成比例，即不一定属于粘性（或称线性）阻尼；如有动力学阻尼（其阻尼与速度平方成比例）、结构阻尼以及固体摩擦阻尼。但工程上设法将它们等效为粘性阻尼，使理论和计算得到简化和统一。四、蠕变蠕变是保持一定的静压状态下，变形随时间而进行的现象。缓冲包装物在保管期间，其变形在进行着，因而蠕变前后即使由同一高度跌落，物品产生的加速度也是不同的。蠕变与载荷的大小直接相关。典型的蠕变过程分为三个阶段。蠕变不仅与载荷、时间有关，而且与温度有关。五、松弛现象缓冲材料的松弛现象普遍存在，塑料特别明显。在静态外力作用下，塑料的力学松弛变现为：或者是在不变的应力作用下变形不断增长，即蠕变；或者是在恒定的变形下应力逐渐减退，即应力松弛，是弹性变形减少而塑性变形增大的现象。即使将缓冲材料在压缩状态下塞进缓冲包装内，其初压下的应力也会逐渐得到缓和，因而要根据外箱和内容物品间的间隙尺寸以及需要保持的时间来考虑缓冲材料装入的状态。