緩沖包裝設(shè)計(jì)-確定產(chǎn)品特性產(chǎn)品脆值

2）對(duì)于具有細(xì)長(zhǎng)桿形狀的元器件受沖擊時(shí)，壓力一旦超過(guò)壓力穩(wěn)定的臨界值，將出現(xiàn)彈性失穩(wěn)而破壞。一、包裝損壞模式１、對(duì)于內(nèi)裝物①?zèng)_擊過(guò)載損壞3）對(duì)于某些脆性材料制成的產(chǎn)品，當(dāng)沖擊引起的拉力過(guò)大，超過(guò)抗拉強(qiáng)度時(shí)，會(huì)發(fā)生脆性斷裂。1）對(duì)于塑性材料，當(dāng)沖擊載荷超過(guò)內(nèi)裝物或它們的部分元器件材料的屈服點(diǎn)后，會(huì)產(chǎn)生塑性變形，或使內(nèi)裝物或它們的部分元器件功能失效。例如：理解脆值概念--包裝件損壞模式與脆值②疲勞破壞許多彈性材料制成的內(nèi)裝物或它們的部分元器件，在流通過(guò)程中受到長(zhǎng)期交變應(yīng)力的作用，達(dá)到持久強(qiáng)度極限時(shí)，會(huì)產(chǎn)生疲勞失效。③過(guò)度變形有的產(chǎn)品盡管受力沒(méi)有達(dá)到破壞強(qiáng)度水平，但如果變形過(guò)大，超過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)允許公差的范圍，引起相鄰部件被擦傷或電子部件短路，同樣會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品失效。④表面磨損由于沖擊振動(dòng)作用，使產(chǎn)品重要部位表面受到磨損，產(chǎn)生大量導(dǎo)電顆粒，影響使用功能，或外觀嚴(yán)重受損。不同的生產(chǎn)企業(yè)對(duì)其不同的產(chǎn)品制定有不同的破損程度的定義，需要制定包裝件試樣試驗(yàn)合格判定標(biāo)準(zhǔn)。２、對(duì)于包裝①可能引起內(nèi)裝物損傷的任何包裝變化②緩沖襯被撕破，無(wú)法繼續(xù)保持內(nèi)裝物處于正確的被保護(hù)狀態(tài)。③外包裝破損，使內(nèi)裝物外露，或不能繼續(xù)保護(hù)內(nèi)裝物。④超過(guò)分銷商再包裝要求的裝飾與結(jié)構(gòu)損傷限制。不同的產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)需制定相應(yīng)的內(nèi)外包裝檢驗(yàn)項(xiàng)目及其不合格判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)二、脆值的定義易損性——內(nèi)裝物受流通過(guò)程中內(nèi)外因素影響而產(chǎn)生損壞的特性。易損度或脆值——定量描述易損性的量值。不同的包裝件可能具有完全不同的損壞模式，這與隨機(jī)特性的流通環(huán)境條件有很大關(guān)系，與內(nèi)裝物的結(jié)構(gòu)動(dòng)剛度有關(guān)，也與包裝的結(jié)構(gòu)及其特性有關(guān)。產(chǎn)品的脆值并非僅僅與產(chǎn)品的固有特性有關(guān)，而是具有統(tǒng)計(jì)意義的描述產(chǎn)品受外界載荷作用后臨界破損狀態(tài)的一個(gè)度量值，用于評(píng)價(jià)產(chǎn)品在流通環(huán)境下耐損壞的能力。引起沖擊過(guò)載損壞的主要原因：產(chǎn)品受到較大的動(dòng)載荷作用，使內(nèi)應(yīng)力超過(guò)了允許極限。跌落時(shí)各部件所受的沖擊載荷是最常見(jiàn)的動(dòng)載荷，它與各部件在跌落沖擊過(guò)程中出現(xiàn)的加速度成正比。包裝件的脆值Gc

——產(chǎn)品不發(fā)生物理?yè)p壞或功能失效所能承受的最大加速度與重力加速度的比值。Gc=Ac/g許用脆值——考慮到產(chǎn)品價(jià)值與重要程度、環(huán)境條件和產(chǎn)品使用材料的強(qiáng)度等內(nèi)外因素的隨機(jī)性能，考慮一個(gè)安全系數(shù)n，即[G]=Gc/nn＞1，許用脆值[G]常作為緩沖包裝設(shè)計(jì)時(shí)的依據(jù)。保證物品不發(fā)生破損，必須滿足的條件：Gmax≤[G]其中Gmax=Amax/g三、傳統(tǒng)的脆值理論傳統(tǒng)的脆值——基于包裝件的破壞性跌落試驗(yàn)測(cè)試得到的。它表征內(nèi)裝物抵抗損壞能力的唯一參數(shù)，它由內(nèi)裝物的結(jié)構(gòu)特征、材料性能確定，與外部環(huán)境無(wú)關(guān)，即對(duì)于一個(gè)特定的內(nèi)裝物存在一個(gè)相應(yīng)的脆值。緩沖包裝跌落模型——包裝件簡(jiǎn)化為外包裝、緩沖墊、內(nèi)裝物。沖擊過(guò)程中緩沖墊伴隨著變形會(huì)發(fā)生塑性變形、發(fā)熱、發(fā)聲等能量耗散，沖擊結(jié)束時(shí)的速度u往往都小于沖擊開(kāi)始時(shí)的速度v。則：u與v比值的絕對(duì)值為恢復(fù)系數(shù)e。它表征了沖擊后速度恢復(fù)的程度，也表明了物體變形的程度?；謴?fù)系數(shù)e

變形階段恢復(fù)階段v-————0v=0-————反彈最高處的u動(dòng)能-————0動(dòng)能0-————反彈最高處的動(dòng)能變形————max變形max————反彈沖擊過(guò)程可以分為兩個(gè)階段：沖擊的分類（根據(jù)e的大?。?）0＜e＜1，彈性沖擊。物體受沖擊后有殘余變形，動(dòng)能有所損失2）e=1完全彈性沖擊。物體受沖擊后變形完全恢復(fù)，動(dòng)能毫無(wú)損失。理想狀況。3）e=0非彈性沖擊（塑性沖擊）。沖擊結(jié)束時(shí)，物體變形完全沒(méi)有恢復(fù)，全部動(dòng)能都損失。極限情況。一般的緩沖墊的恢復(fù)系數(shù)多在0.3≤e≤0.5e的測(cè)定——通過(guò)測(cè)定包裝件的跌落高度和反彈高度即可。速度增量整個(gè)沖擊過(guò)程中總的速度增量機(jī)械沖擊時(shí)，速度增量在數(shù)值上等于右圖所示沖擊脈沖下的面積?！鄾_擊引起的破損與描述沖擊脈沖的三個(gè)因素有關(guān)：加速度幅值、沖擊持續(xù)時(shí)間、速度增量。（脈沖曲線不規(guī)則，Tp按峰值的10%處的脈沖寬度來(lái)定義）∴傳統(tǒng)的脆值理論只是用沖擊加速度幅值來(lái)評(píng)價(jià)內(nèi)裝物是否損壞是無(wú)法反映沖擊脈沖形狀、脈沖持續(xù)時(shí)間等的影響的。一、沖擊響應(yīng)分析1、沖擊傳遞過(guò)程包裝件跌落觸地瞬間，外包裝產(chǎn)生一個(gè)很大的加速度脈沖。沖擊脈沖經(jīng)緩沖墊傳遞到內(nèi)裝物的過(guò)程中，使緩沖墊發(fā)生明顯變形，沖擊能量被緩沖墊大量吸收，結(jié)果使內(nèi)裝物的沖擊響應(yīng)幅值比外包裝大幅度減少，而且峰值出現(xiàn)被延后許多。縱坐標(biāo)為加速度A橫坐標(biāo)為觸地瞬間算起的時(shí)間tV（max）-————02沖擊脆值的邊界理論內(nèi)裝物A（max）的時(shí)刻，正是緩沖墊被壓縮變形的極限時(shí)刻。這時(shí)的緩沖墊在其彈性恢復(fù)力的作用下使包裝件反彈到某一高度，A變成零。包裝件在慣性力和彈性恢復(fù)力的交替作用下，在地面上反復(fù)彈跳。因阻尼影響，彈跳幅值越來(lái)越小，逐漸衰減為零而停止跳動(dòng)。

變形階段恢復(fù)階段矩形波：式（5-10）半正弦波:式（5-11）后鋸齒波：式（5-12）2、不同沖擊波形的沖擊譜典型沖擊加速度波形的數(shù)學(xué)表達(dá)式?jīng)_擊引起的破損與描述沖擊脈沖的三個(gè)因素有關(guān)：加速度幅值、沖擊持續(xù)時(shí)間、速度增量。這三個(gè)參數(shù)不是獨(dú)立的，任意一個(gè)參數(shù)可以由其他兩個(gè)參數(shù)確定。例如：式（5-13）矩形波脈沖：式（5-14）半正弦脈沖:

式（5-15）后鋸齒波脈沖：式（5-16）速度變化不僅取決于Ａm和Ｔp，還取決于脈沖波形。不同的波形，其形狀系數(shù)不同。矩形波為1，半正弦波為0.637,后鋸齒波為0.5，梯形波為0.5-1二、沖擊破損邊界曲線1、沖擊破損邊界曲線的概念

1968年美國(guó)學(xué)者R.E.Newton首次提出DamageBoundaryCurve的概念，將最大加速度、沖擊脈沖形式、速度變化和產(chǎn)品的損壞現(xiàn)象之間的關(guān)系更加完善地表達(dá)了出來(lái)。2、使用沖擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)定產(chǎn)品脆值的試驗(yàn)方法脆值：產(chǎn)品破損前的臨界加速度與重力加速度的比值，用Gc表示。此試驗(yàn)方法見(jiàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15099-1994。

3、使用緩沖包裝材料進(jìn)行的產(chǎn)品機(jī)械沖擊脆值試驗(yàn)方法（GB81710-1987)(1)準(zhǔn)備一組厚度逐步減小的緩沖襯墊，且保證第一次跌落產(chǎn)品無(wú)損；(2)將包裝件從規(guī)定高度跌落，記錄每次數(shù)據(jù)及產(chǎn)品損壞情況；(3)逐步降低緩沖墊厚度直至產(chǎn)品損壞。三、位移損壞邊界曲線如果產(chǎn)品的關(guān)鍵件由于沖擊等機(jī)械載荷過(guò)大引起的結(jié)構(gòu)不允許的過(guò)度變形，也可以把它歸結(jié)為與加速度過(guò)大有關(guān)的沖擊損壞邊界問(wèn)題。位移沖擊脆值——產(chǎn)品關(guān)鍵件受到?jīng)_擊等動(dòng)載荷作用后，所能承受的對(duì)應(yīng)于允許最大相對(duì)位移峰值的產(chǎn)品加速度峰值A(chǔ)d與g的比值Gd。

Gd

=Gd與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和包裝件結(jié)構(gòu)都有關(guān)系，它反映出帶緩沖包裝情況下產(chǎn)品關(guān)鍵件耐沖擊的能力。

Gc＜Gd時(shí)，以產(chǎn)品的加速度脆值為準(zhǔn)則劃分安全區(qū)和損壞區(qū)，其分界線由加速度損壞邊界曲線確定。Gc＞Gd時(shí)，以產(chǎn)品的位移脆值為準(zhǔn)則劃分安全區(qū)和損壞區(qū)，其分界線由位移損壞邊界曲線確定。四、組合損壞邊界曲線當(dāng)產(chǎn)品上有兩個(gè)十分接近的關(guān)鍵件時(shí)，通過(guò)試驗(yàn)得到兩條損壞邊界曲線。

第一個(gè)關(guān)鍵件的損壞邊界曲線第二個(gè)關(guān)鍵件的損壞邊界曲線第一個(gè)關(guān)鍵件的速度變化vc1應(yīng)成為此產(chǎn)品的損壞邊界曲線的最左側(cè)部分第二個(gè)關(guān)鍵件的較低的加速度脆值A(chǔ)c2應(yīng)成為該產(chǎn)品的損壞邊界曲線的最下部分加上兩個(gè)圓弧段雙關(guān)鍵件產(chǎn)品的組合損壞邊界曲線一、振動(dòng)脆值的概念振動(dòng)造成產(chǎn)品損壞的兩種條件1、振動(dòng)加速度峰值超過(guò)沖擊脆值2、振動(dòng)加速度峰值低于沖擊脆值，但長(zhǎng)期振動(dòng)產(chǎn)生的交變應(yīng)力導(dǎo)致產(chǎn)品某些材料的微裂紋擴(kuò)展，積累到某個(gè)極限值研究脆值時(shí)先考慮沖擊脆值是否滿足要求，然后判斷包裝系統(tǒng)在流通條件下是否發(fā)生共振振動(dòng)脆值振動(dòng)脆值？根據(jù)產(chǎn)品疲勞損壞理論，可以通過(guò)試驗(yàn)或計(jì)算，求得產(chǎn)品關(guān)鍵件達(dá)到積累損壞時(shí)的與振動(dòng)加速度幅值有關(guān)的交變應(yīng)力總循環(huán)數(shù)N。把振動(dòng)的這個(gè)最大加速度幅值與重力加速度之比稱為振動(dòng)脆值振動(dòng)損壞邊界曲線（Gz-N)3振動(dòng)脆值損壞邊界理論三種產(chǎn)品的振動(dòng)損壞邊界曲線102103104logNGz401003020輕型燈泡薄膜晶片精密測(cè)桿定義：振動(dòng)損壞邊界曲線振動(dòng)脆值與總循環(huán)數(shù)的關(guān)系曲線。

意義：一條關(guān)于產(chǎn)品關(guān)鍵件是否發(fā)生振動(dòng)疲勞損壞的極限線，損壞安全區(qū)與損壞區(qū)之間的分界線，也可以說(shuō)是處于可能產(chǎn)生疲勞損壞的邊界上。

振動(dòng)損壞邊界曲線二、Burgess損壞邊界曲線下多次沖擊，也會(huì)產(chǎn)生疲勞損壞。沖擊損壞邊界曲線疲勞損壞邊界曲線Burgess沖擊與疲勞綜合損壞邊界曲線Burgess思想：在第一類曲線上的兩個(gè)變量Ac和vc，可與第三個(gè)參數(shù)反復(fù)沖擊次數(shù)N相互聯(lián)系起來(lái)，使得產(chǎn)品的脆值不僅取決于Ac與vc，而且也取決于N。產(chǎn)品的脆值的確定取決于沖擊脆值、速度變化、反復(fù)沖擊次數(shù)。臨界速度變化垂直線和臨界加速度水平線因N不同而處于不同的位置。

N越大，損壞區(qū)越來(lái)越大，安全區(qū)越來(lái)越小。Burgess發(fā)現(xiàn)：受到反復(fù)沖擊次數(shù)影響的沖擊邊界曲線的基本形狀是相似的，即臨界速度變化垂直線和臨界加速度水平線均存在，只是因N值的不同而處于不同的位置。vcGcN=1N=10N=15N=20完成脆值測(cè)試--使用沖擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)定產(chǎn)品脆值的試驗(yàn)方法脆值：產(chǎn)品破損前的臨界加速度與重力加速度的比值，用Gc表示。此試驗(yàn)方法見(jiàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15099-1994。

完成脆值測(cè)試---使用緩沖包裝材料進(jìn)行的產(chǎn)品機(jī)械沖擊脆值試驗(yàn)方法（GB81710-1987)(1)準(zhǔn)備一組厚度逐步減小的緩沖襯墊，且保證第一次跌落產(chǎn)品無(wú)損；(2)將包裝件從規(guī)定高度跌落，記錄每次數(shù)據(jù)及產(chǎn)品損壞情況；(3)逐步降低緩沖墊厚度直至產(chǎn)品損壞。一、沖擊脆值的確定方法1、單自由度振動(dòng)模型估算法當(dāng)包裝件被簡(jiǎn)化為一個(gè)線性單自由度系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí)，產(chǎn)品受到?jīng)_擊后的響應(yīng)是簡(jiǎn)諧振動(dòng)，其固有頻率：無(wú)阻尼線性彈性系統(tǒng)，包裝件在ｈ高度向下跌落，其具有的勢(shì)能應(yīng)與跌落到地面產(chǎn)生最大沖擊壓縮變形ｘ后的彈性變形能相等。包裝件跌落到地面瞬時(shí)的最大加速度產(chǎn)生的動(dòng)載荷ma應(yīng)與彈性反力kx相等?；虮砻鳎簩?duì)于已知的包裝件，已知質(zhì)量m和彈性系數(shù)k，跌落高度h和沖擊加速度G成一定的關(guān)系，以h-G為坐標(biāo)，對(duì)不同的頻率fn取值，可以作出曲線。利用這組曲線，可以根據(jù)破損事故的跌落高度，評(píng)定該產(chǎn)品允許的最大加速度-----脆值。掌握脆值獲取方法--產(chǎn)品脆值的確定方法２、非線性緩沖包裝系統(tǒng)估算法當(dāng)已知沖擊脈沖的波形和脈沖持續(xù)時(shí)間ｔ時(shí)，可以采用脈沖作用時(shí)間進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)振動(dòng)理論和振動(dòng)測(cè)試的結(jié)論，跌落高度和脈沖波形、脈沖作用時(shí)間保持一定的函數(shù)關(guān)系。Ｇ值可以通過(guò)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算。對(duì)于半正弦波：利用曲線，可以根據(jù)正弦脈沖上升時(shí)間和破損事故的跌落高度，對(duì)產(chǎn)品的脆值做出評(píng)價(jià)。各種包裝件受正弦波作用時(shí)的脈沖持續(xù)時(shí)間（表5-2)３、經(jīng)驗(yàn)估算法通過(guò)包裝件在流通環(huán)境中實(shí)測(cè)的大量現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，估算產(chǎn)品脆值有如下經(jīng)驗(yàn)公式：其中Ｇｃ——包裝件經(jīng)受到的最大加速度（ｇ）Ｗ——包裝件的重量（ｋｇ）

α、β——經(jīng)驗(yàn)參數(shù)強(qiáng)烈沖擊現(xiàn)象α=801、β=0.704中等沖擊現(xiàn)象α=203、β=0.306較弱沖擊現(xiàn)象α=53.2、β=0.1004、類比法參考現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)類比，選取產(chǎn)品脆值的推薦值，設(shè)計(jì)完成后需要試驗(yàn)驗(yàn)證。５、計(jì)算機(jī)仿真法

采用帶跌落仿真軟件的有限元軟件，采用高度非線性的緩沖材料本征方程描述的模型，可以對(duì)由內(nèi)裝物、緩沖墊、與包裝箱構(gòu)成的包裝件動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行分析，從所得的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)推算出的特征點(diǎn)的應(yīng)力與應(yīng)變是否超過(guò)許用極限，便可以估算出產(chǎn)品的脆值。

二、振動(dòng)脆值的確定方法１、掃頻振動(dòng)試驗(yàn)法產(chǎn)品放在振動(dòng)臺(tái)上，進(jìn)行正弦掃頻