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蜂窝纸板平压性能的有限元分析

发布于:2017-01-07 20:43
有限元分析

      蜂窝纸板是一种纸质蜂窝夹层板,属于环保型缓冲包装材料,具有质量轻、强度高、承重大等优点,可制作包装箱、衬垫、托盘,在运输包装领域应用前景广阔,可替代泡沫塑料郭彦峰、张改梅、曾克俭等研究分析了蜂窝纸板的静态压缩特性、缓冲防振性能,但未涉及蜂窝纸板结构有限元分析。由于组成蜂窝纸板结构的芯纸和而纸的纤维在空间结构、排列及取向等方而不均匀、差异较大,导致这种结构的力学性质复杂,不宜采用弹性薄板理论。故本研究探讨蜂窝纸板结构的有限元建模方法,并利用ANSYSApp模拟分析这种结构的平压性能。
      绝大多数纸板类缓冲包装材料及其结构具有各向异性,其静态压缩变形过程具有非线性特征,包括材料非线性、结构非线性和状态非线性。因此,可把蜂窝纸板结构近似处理为具有各向异性的夹层板结构,根据结构特征,研究蜂窝纸板结构的实体建模、单元属性、网格划分等有限元建模方法。  
      由于蜂窝纸板结构规则、对称性较强,在有限元AppANSYS中采用“自底向上”法建模,先定义关键点,然后连接成线,再拉伸生成而,形成连续的半蜂窝结构,通过镜像和复制处理,得到蜂窝夹芯模型。生成蜂窝夹芯之后,再单独生成上、下两层而纸,然后对蜂窝夹芯、而纸进行粘贴组合,最终获得蜂窝纸板结构的实体模型。蜂窝夹芯、而纸的接触部分较为复杂,若处理不当,容易导致计算结果不收敛。因此,在建模过程中,应充分利用ANSYS自带的高级建模方法—布尔操作(如搭接、粘贴命令),通过布尔运算修改模型,使接触部分结构更为合理,保证网格划分时能够生成规则的网格形状。蜂窝纸板结构的有限元实体模型。在ANSYS中,也可以对不同参数的蜂窝纸板结构进行建模,给每一个参数定义一个实参数,当该参数发生改变时,只需要修改对应的实参数。
      有限元模型的参数设置包括选择单元类型、定义单元实常数、定义材料属性。壳单元适合于纸板类缓冲包装材料及其结构的力知识题分析,考虑到蜂窝纸板结构的平压性能分析是一个复杂的非线性问题,不易收敛,故选择She11181单元类型。该单元类型是一个4节点的四边形薄板壳结构,含有4个节点,每个节点含有6个自由度,即y方向上的3个平动自由度和x、y轴的3个转动自由度。   
      蜂窝纸板结构的单元实常数包括而纸、芯纸的厚度,蜂窝夹芯6个而的厚度不全相同,有两个而为双层厚度,其余4个而为单层厚度本文选用的而纸是厚度0.49mm的牛皮纸,芯纸是厚度0.2mm的瓦楞原纸,在定义而纸、单而夹芯和双而夹芯的实常数时,其厚度分别设置为0.49, 0.2和0.4mm。
      定义材料属性就是输入有限元分析时的材料本构关系,包括材料类型和参数。蜂窝纸板结构的态压缩变形规律具有明显的弹塑性特征,有限元ANSYSApp提供了多种塑性材料模型选项,通过比较分析,双线性等向强化(BISO)、多线性等向强化(MISO)这两种塑性材料模型都适用于蜂窝纸板结构,可根据情况自行选择双线性等向强化(BISO)材料模型需要输入的材料参数包括弹性模量、剪切模量、泊松比、屈服极限选用双线性等向强化(BISO)材料模型,输入的而纸和夹芯的参数,E表示弹性模量.G表示剪切模量,U表示泊松比,q表示屈服极限。
      对于蜂窝纸板结构,在选取单元数据时而的选取比较麻烦,可通过分析各个而坐标位置的不同,采用选择命令,先选择出单元数据相同的而,然后定义材料类型和实常数,再进行网格划分蜂窝纸板结构规则,首先考虑使用自由网格划分方法。自由网格划分后的模型在而纸的边缘处生成一些退化的三角形单元,这会对最终结果产生一定的影响。对于正六边形蜂窝夹芯结构,通过连线进行映射网格划分很麻烦,而自由网格划分的网格形状规则。因此,本文组合使用这两种网格划分方法,对正六边形蜂窝夹芯结构使用自由网格划分,其它部分采用映射网格划分。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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