陶瓷工藝品緩沖包裝的力學(xué)特性

1、第卷第期森林工程 年月，陶瓷工藝品緩沖包裝的力學(xué)特性與包裝設(shè)計研究方海峰，薛偉（北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱）摘要：分析陶瓷工藝品的特點(diǎn)，說明緩沖包裝的普遍性和重要性。著重分析緩沖包裝的能量轉(zhuǎn)換過程和基本原理，并給出陶瓷工藝品緩沖包裝的動力學(xué)模型。根據(jù)模型，提出采用整體型“哈呋”結(jié)構(gòu)的合理包裝設(shè)計方法。分析表明，該設(shè)計具有良好的緩沖性能。關(guān)鍵詞：陶瓷工藝品；緩沖包裝；力學(xué)特性；包裝設(shè)計中圖分類號：；文獻(xiàn)標(biāo)識碼：文章編號：（） 溺班 ， （ ，）： 他， 解嗲 ， 懈 ， 咖“ ： ；峨； ；螄引言中大型陶瓷藝術(shù)品的包裝效果，同時又節(jié)約木材、控陶瓷工藝品通常分為“陶瓷花瓶”、“陶瓷人物”、“陶瓷動物”、“

2、美術(shù)陶瓷”等。它們常常以神秘的東方文化為題材，以古樸、清新、自然為風(fēng)格主導(dǎo)情趣，集使用性、觀賞生和收藏性于一體，使每一位觀賞者都能從中體味到火與泥塑造出來的一種耐人尋味、發(fā)人深思的生活感悟。陶瓷工藝品，特別是大中型藝術(shù)花瓶，由于它燒制難度大、成品率低，再加上藝術(shù)設(shè)計和藝術(shù)裝飾，而顯得更為珍貴。由于陶瓷藝術(shù)品脆眭大，在儲運(yùn)的過程中極易損壞，所以包裝就成了陶瓷工藝品儲運(yùn)過程中一個非常重要的環(huán)節(jié)。由于大中型陶瓷藝術(shù)品體積較大且生產(chǎn)批量都不大，出于降低成本考慮，一般的中大型陶瓷工藝制品往往采用傳統(tǒng)的簡易方法（如用稻草、竹簍等）包裝，而沒有采用高擋的泡沫定模工藝來進(jìn)行包裝。這種簡易包裝易在運(yùn)輸過程中破損

3、，給企業(yè)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至有可能產(chǎn)生不必要的糾紛。而有些高檔的藝術(shù)瓷則采用木箱加紙屑的形式包裝，又給產(chǎn)品增添了較大的運(yùn)輸成本，增加了經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。特別是在注重生態(tài)環(huán)境保護(hù)，倡導(dǎo)節(jié)約型社會的今天，使用木箱包裝顯得格外浪費(fèi)，有餑于時代的要求。因此，如何提高收稿日期：第一作者簡介：方海峰（一），男，黑龍江大慶人，碩士研究生，講師。研究方向：包裝工程。制成本對個生產(chǎn)陶瓷的企業(yè)來說，是一個新的研究課題。隨著包裝新材料和新工藝的不斷出現(xiàn)，有必要對原先的包裝進(jìn)行技術(shù)和工藝的重新改進(jìn)設(shè)計。緩沖包裝是在物流中為保護(hù)商品不因受到的機(jī)械沖擊和振動而破壞所施行的包裝稱為緩沖包裝。所謂緩沖包裝技術(shù)，就是當(dāng)物體受到外力

4、的作用時，為了減少外力對物體產(chǎn)生損壞作用所采取的技術(shù)措施。若在包裝設(shè)計中，充分利用緩沖技術(shù)的現(xiàn)有成果，就會設(shè)計出最佳的包裝結(jié)構(gòu)和形態(tài)，從而提高包裝的效能和減少產(chǎn)品在物流中的損失，降低商品成本。緩沖包裝材料力變形量的關(guān)系為了便于分析和計算包裝件在受到振動、沖擊時的響應(yīng)，需要建立包裝件的力學(xué)模型。最常見的模型就是單自由度線性系統(tǒng)和兩自由度線性系統(tǒng)。包裝件最簡單的力學(xué)模型是將被包裝的產(chǎn)品假定為均質(zhì)剛體，略去外包裝箱的質(zhì)量和彈性，不計緩沖材料的質(zhì)量，并視其為線彈體。對于大多數(shù)由諸多部件構(gòu)成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，產(chǎn)品中最關(guān)鍵、最脆弱的部件往往容易破損，所以在需要分析易損件的響應(yīng)而又無需涉及外包裝箱質(zhì)量時，可以

5、把這種包裝件簡化成兩自由度線性模型。緩沖包裝材料在緩沖包裝技術(shù)中有著重要的作用，一方面延長外部激勵作用時間，降低包裝產(chǎn)品的動態(tài)響應(yīng)，另一方曲消 第期方海峰等：陶瓷工藝品緩沖包裝的力學(xué)特性與包裝設(shè)計研究耗外界激勵傳遞給包裝產(chǎn)品的沖擊與振動能量。因此，可以從能量觀點(diǎn)來研究包裝材料的沖擊吸收性或緩沖特性。在包裝動力學(xué)模型中，曾假定緩沖材料是完全彈性的，即在長期堆碼和多次沖擊、。反復(fù)于緩沖襯墊具有彈性特性和阻尼特性，它對沖擊加速度。，具有緩沖作用，故產(chǎn)品的響應(yīng)加速度值。振動下，它仍具有和初次試驗時相同的性能，卸載后無殘余變形，同時假定材料是均勻的。根據(jù)力一變形量曲線，適于陶瓷工藝品包裝的緩沖材料乃雙曲

6、正切型彈性材料。這類材料的力一變形量曲線呈（跌落沖擊，卜水平?jīng)_擊等）包裝容器緩沖襯墊產(chǎn)品響應(yīng)響應(yīng)雙曲正切型，力與變形量（并）的關(guān)系可表示如圖。凡魄等圖包裝件的動力響應(yīng)過程圖包裝件的沖擊傳遞過程陶瓷工藝品緩沖包裝設(shè)計設(shè)計思想及動力學(xué)模型圖雙曲正切彈性材料式中：。為初始彈性系數(shù)，為菇一時，時，力，的極限值。在形變允許的范圍內(nèi)，不論形變怎么增大，力始終被限制在范圍內(nèi)，使用這類材料作為緩沖包裝材料，在沖擊過程中，傳遞到內(nèi)裝產(chǎn)品上的力可被限制到小于產(chǎn)品本身的承受能力，起到保護(hù)產(chǎn)品的目的。具有這類性質(zhì)的材料有瓦楞紙板、蜂窩紙板、聚苯乙烯泡沫塑料等。運(yùn)輸工具的啟動、緊急剎車、包裝件的自由跌落等機(jī)械沖擊現(xiàn)象，

7、都是在很短的沖擊持續(xù)時間內(nèi)的能量釋放、能量轉(zhuǎn)換或能量傳遞，對產(chǎn)品或易損件的安全流通造成極大的危害。如圖是包裝件在跌落沖擊過程的動力響應(yīng)方框示意圖，可考慮個方面：外包裝箱對沖擊的動力響應(yīng)；緩沖襯墊對產(chǎn)品的沖擊傳遞過程；若包裝產(chǎn)品含有易損件，則易損件對產(chǎn)品也有沖擊響應(yīng)【。如圖表示的是包裝件的沖擊傳遞過程，圖中橫坐標(biāo)為脈沖作用時間，縱坐標(biāo)為加速度，曲線表示了加速度脈沖的時間過程。在包裝件的跌落沖擊過程中，當(dāng)包裝件與基面（如運(yùn)輸工具廂板，包裝件頂面等）碰撞時，首先是外包裝箱突然減速而產(chǎn)生加速度，再通過緩沖襯墊將沖擊加速度。傳遞給產(chǎn)品。由包裝材料可以是無定形的填充材料（如紙屑、木屑、緯絲等），也可以是定

8、形包裝產(chǎn)品（如墊角、襯墊等）。無論采用哪種形式、哪種材料，它們均可以簡化成圖所示的等效動力學(xué)模型。要有效保護(hù)好陶瓷工藝品，就必須控制其在運(yùn)輸和裝卸過程中所受到的加速度。除了要求裝卸工文明裝卸外，我們能做的也就是設(shè)計良好的緩沖包裝。根據(jù)以往動力學(xué)模型，就是要在設(shè)計時，充分考慮和利用圖所示各個方向的等效彈性因數(shù)、等效阻尼因數(shù)以及接觸邊界的狀況等。田陶瓷工藝品的等效動力學(xué)模型包裝材料選用由于陶瓷工藝品的脆性較大，像大中型藝術(shù)花黼，卜森林工程第卷瓶，若用傳統(tǒng)的包裝手段，用木架加紙屑或者木架加稻草等方法進(jìn)行包裝，雖有一定的緩沖作用，但效果并不理想。緩沖包裝材料的種類很多，有天然的、人工合成的、定形的和不

9、定形的等。不定形的包裝材料，由于緩沖性能不穩(wěn)定，回彈性能較差，已逐漸被淘汰。隨著工業(yè)的發(fā)展、技術(shù)工藝水平的不斷提高以在圖結(jié)構(gòu)中，花瓶的底部連同側(cè)面，沒有形成一體式的“哈呋”結(jié)構(gòu)；雖然起到了節(jié)約材料的作用，但是在運(yùn)輸中很有可能出現(xiàn)傾倒、跌落或者搬運(yùn)者不按包裝要求采取野蠻的橫向搬運(yùn)和裝卸情況，將很容易造成瓶頸處斷裂現(xiàn)象。因為，藝術(shù)瓷瓶最脆弱的地方莫過于瓶頸，由其不能承受過大的剪切力和扭矩，如圖所示。及各種新型合成材料的采用，定形緩沖材料已經(jīng)占現(xiàn)代包裝中的絕大多數(shù)。而在定形包裝材料中，又羹曙前切力有成型紙漿、瓦楞紙板、紙棉材料、棕墊、彈簧以及泡沫、氣墊薄膜等各種人工合成材料。在選用材料時，綜合考慮了

10、振動沖擊能量的吸收性、回彈性、壓縮蠕變性、耐破損性、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)生等各種材料性能參數(shù)。當(dāng)然，要選擇一種緩沖材料具備以上所有良好性能是難以辦到的，也是不科學(xué)的。只能根據(jù)陶瓷工藝品的主要特性，有側(cè)重地考慮緩沖材料的性能參數(shù)。泡沫塑料是以合成樹脂為原料，經(jīng)發(fā)泡工藝制成的內(nèi)含無數(shù)微小氣孔的輕質(zhì)塑料。由于它內(nèi)部存在無數(shù)的氣孔，可以大量吸收振動沖擊產(chǎn)生的能量。泡沫材料還具有良好的回彈性。另外，它還具有清潔、美觀和價格便宜等特點(diǎn)。鑒于泡沫的以上特點(diǎn)，本設(shè)計方案采用泡沫塑料作為主要緩沖材料。包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)緩沖材料選定后，結(jié)構(gòu)設(shè)計也是包裝設(shè)計中節(jié)約材料并實現(xiàn)理想減振的重要內(nèi)容。以某款仿古瓷瓶包裝為例，仿古瓷瓶

11、高為 ，最大直徑為塑 、鼷蕊鑫淞圖倒地和頭朝下跌落情況為此對上述緩沖包裝作如下改進(jìn)：頂部緩沖塊根據(jù)瓶口尺寸，特制下凸形結(jié)構(gòu)；整個包裝結(jié)構(gòu)可以被稱為型的“哈呋”結(jié)構(gòu)。定型緩沖塊的最薄處厚度應(yīng)有 以上。兩塊對稱的泡沫塑料將瓷器套在中間（最好瓷器外部再包層軟的厚紙），兩塊泡沫板與瓷器之間的四周填上柔軟的海綿層，使瓷器花瓶盡可能大面積且均勻受力，而使其具有最大的靜壓承受能力，同時還進(jìn)一步改善了緩沖效果。瓶口上方則用與其口徑、形狀相配的下凸形泡沫蓋實。上下泡沫塊之間同樣加一薄層軟質(zhì)海綿?？紤]到它的形狀為圓形對稱結(jié)構(gòu)且有瓶頸幾塊泡沫板形成的整體四周再用寬的膠帶進(jìn)行合理存在，將緩沖用的定形泡沫塑料設(shè)計成“雙

12、對?！苯Y(jié)構(gòu)（即制成兩塊對稱的，且內(nèi)徑比器型外徑大有效的纏繞，使其成為一個密切的整體，如圖所示。在此基礎(chǔ)上，再在外部套上合身的專用硬紙箱的泡沫塑料），如圖所示。或用木架套裝。這樣整體包裝就完成了。這里需要注意的是，瓷器四周不能綁得太緊，否則花瓶局部圖“雙哈呋”包裝結(jié)構(gòu)及其動力學(xué)模型圖整體型“哈呋”結(jié)構(gòu)及其動力學(xué)模型（下轉(zhuǎn)第頁）潛蕊森林工程第卷（）支撐、連接節(jié)點(diǎn)。整個橋梁結(jié)構(gòu)方案中，支撐支座的布置形式是橋梁抗震設(shè)計中最重要的一環(huán)。宜采用多個彈性支座的方案均勻地將上部慣性力和位移傳遞到多個橋墩（柱）上。橋梁支座是橋梁結(jié)構(gòu)體系中抗震性能較為薄弱的部件。支座失效后，橋梁的結(jié)構(gòu)體系發(fā)生變化，減、隔震設(shè)計對

13、于高烈度區(qū)或者抗震設(shè)防等級高的橋梁，應(yīng)在縱向設(shè)置一定的消能裝置。如采用減、隔震支座（如聚四氟乙烯支座、迭層橡膠支座、鉛芯橡膠支座等）以及在梁體和墩臺的連接處增加結(jié)構(gòu)的柔性一。和阻尼以便共同受力和減小水平橋梁荷載。會導(dǎo)致更加嚴(yán)重的破壞。固定支座的破壞形式主要結(jié)束語一一表現(xiàn)在自身和錨固件的破壞，而活動支座是支座的活動范圍超出了允許的范圍，即支座脫落。所以，要確保支座的錨固牢固，并在活動支座外增加適當(dāng)?shù)南尬粯?gòu)件。確保在墩、臺頂，以及牛腿等處的支撐面上有足夠的搭接尺寸并增加適當(dāng)?shù)南尬患s束措施，以防止落梁。確保有足夠的鋼筋通過承臺與墩（柱），墩（柱）與蓋梁等連接節(jié)點(diǎn)，以防止節(jié)點(diǎn)的破壞。延性設(shè)計橋梁結(jié)構(gòu)延

14、性設(shè)計是將結(jié)構(gòu)中的部分構(gòu)件設(shè)計成具有較好的滯回延性，在預(yù)期的地震作用下，通過延性構(gòu)件發(fā)生的反復(fù)彈塑性變形循環(huán)來耗散大量的地震輸入能量，從而保證結(jié)構(gòu)的抗震安全的設(shè)計過程。在進(jìn)行延性設(shè)計時，首先明確結(jié)構(gòu)中用于抵抗地震力的墩臺的位置和數(shù)量，設(shè)置塑性鉸的形式、位置和數(shù)量；并將預(yù)期的塑性鉸設(shè)置于容易觀察發(fā)現(xiàn)和易于修復(fù)的結(jié)構(gòu)部位。（上接第頁）容易受到較高的靜壓力而產(chǎn)生局部應(yīng)力集中。反之，也不能綁得太松，否則將會造成瓷器本身在泡沫箱中晃動，容易產(chǎn)生沖擊而使之受損。至于緩沖包裝可以通過回收進(jìn)行再生利用，使它回到經(jīng)濟(jì)循環(huán)中，達(dá)到保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源的目的。結(jié)束語本文對陶瓷工藝品的緩沖包裝建立了動力學(xué)模橋梁的抗震設(shè)計思想的措施和橋梁使用功能要求的橋梁條件是一對矛盾體。只有根據(jù)具體工程，始終將堅持將橋梁抗震的思想貫徹于橋梁設(shè)計的全過程，按照橋梁抗震的原則，具體實施設(shè)計工作，采取一系列有效的抗震措施，才能達(dá)到結(jié)構(gòu)的良好的抗震效果?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】李睿，俞進(jìn)，楊忠恒，等山區(qū)梁橋高墩的抗震概念設(shè)計鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，（）：葉愛君橋梁抗震北京：人民交通出版社，袁萬城譯橋梁抗震設(shè)計與加固北京：人民交通出版社，范立礎(chǔ)橋梁延性抗震設(shè)計北京：人民交通出版社，袁正國，周憲偉同基礎(chǔ)有偏心多塔基底隔震結(jié)構(gòu)的隔震效果分析森林工程，（）：責(zé)任編輯：董希斌件，以期達(dá)到更好地保護(hù)環(huán)境的作用?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】鄭先覺，