0板结构在运输包装应用中的研究进展.pdf
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1、包装工程P A c K A G l N GE N G 删E E R I N Gv 0 1 2 8N o 82 0 町0 8瓦楞纸板结构在运输包装应用中的研究进展郭彦峰1,付云岗,许文才2,潘松年(1 西安理工大学,西安7 1 0 0 4 8;2 北京印刷学院,北京1 0 2 6 0 0)摘要:从瓦楞纸箱、村垫、托盘等方面论述了瓦楞纸板结构在运输包装应用中的研究进展,并对瓦楞纸板在运输包幕系统中的应用研究提出了一些建议。关键词:瓦楞纸箱:瓦楞纸板讨垫;瓦楞纸板托盘中图分类号:佃4 8 4 1 iT 阱8 5 3 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 l 一3 5 6 3(2 0 0 7)0 8
2、0 0 0 6 0 4A d v a n c e so ft l l eA p p l i c a d o nR e s e a r c l lo fC o r n 培a t e dP a p e r b o a r dS 廿眦t u r e si l lT r 锄s p o r tP a c k a g i n gG 垂耐-凡l h-g 昭1-x 眈n _ c 口i 2。烈、rs o w-n 缸n 1(1 x i _ 叽u l l i v e 揩i【yo fT e c h l l o l o g y。x i 缸7 1 0 0 4 8,C h 岫;2B 刨沁I n 5 t i t u l e0
3、 fG 豫p h i cc 0 I n 州n i c a t i o n,B e 日i n g1 0 2 6 0 0 C h i 硼)A b s 村a c t:T 1 1 ea d v a n c 曲o f 印p l I c a l i o n 他s e a r c ho fc o m l g a t e dp 8 P。r b o a r ds 咖n I m si n 缸a“叩o 畔k a-g i“gw e r ed i s c u s s e d 丘0 mt h r e e 如p e c 协s u c h 肚咖g a t e dc 叩t a i m r-c o 删删e dp 8 P c b
4、o a r dc 瑚I I i o n-肌dp a l l e t s o m ea d v i c e sw e 弛p u tf o r w 砷f 打8 p p l i e dB t I l d i e s 蚰t r a I l 8 p o np a c k a 舀“g8 y 窨啪0 fc 眦g a t e dp 8 p 盱b(刊I(e yw o r d 8:c o r“l g a 同c 脑6;。咖吕砒e dp 4 p e r b o a I dc u s h i o n;c o 删酬e dp a p e r b o a r dp a u e l瓦楞纸板是一种逐步代替泡沫衬垫、木箱、木托盘的
5、环保型纸板类缓冲包装材料,符合国际包装工业材料应用发展趋势。纸箱、衬垫、托盘是瓦楞纸板结构的3 种主要应用形式,在家用电器、电子产品、机电产品、陶瓷制品、工艺品等运输包装领域有着广园的应用前景。本研究从瓦楞纸箱、衬垫、托盘等3 个方面,论述了瓦楞纸板结构在运输包装应用中的研究进展并对瓦楞纸板运输包装系统的应用研究提出了一些建议。l 国内外研究进展1 r l 瓦楞纸箱瓦楞纸箱是一种半刚性包装容器,在运输包装中起着保护产品、方便贮运等作用,其使用量已超过木箱,成为最重要的一种运输包装容器。国内外学者对瓦楞纸箱的承载性能、压缩变形规律、力学模型、抗压强度计算公式等进行了大量的理论与试睑研究。叶勒霍夫
6、“o 基于瓦楞纸板的粘-5 单一塑性力学性质,利用弹性元件、阻尼元件、塑性元件的有机组合,提出了瓦楞纸箱的力学模型,并将总变形分为弹性变形、弹塑性变形和塑性变膨3 大类,可以定性解释瓦楞纸箱在承载时的压缩变形特征。c 叽“o 研究了瓦楞纸箱侧板的承载能力。认为侧板的抗压6强度与临界载荷、瓦楞纸板的边压强度符合一个幂函数关系表示的经验公式。M c K e e o 研究了瓦楞纸箱的抗压强度与纸板横向刚度仉、纵向刚度毋、纸箱周长、纸板平压强度之间的关系,给出了计算抗压强度的经验公式,即M c K e e 公式。该公式也可简化为纸板厚度、纸箱周长与纸板横向刚度m 之间的关系。G a n a g a n
7、 i s L 4 J、K o n i n g”“o 研究了瓦楞纸箱的抗压强度与纸箱长、宽、高以及纸板强度之间的关系。K e l l i c u I t、w o 衅刀研究了瓦楞纸箱的抗压强度与面纸和芯纸强度、纸箱周长、纸板常数之间的关系,分别给出了计算抗压强度的经验公式。R e n-m a n”1 对瓦楞纸箱在承受垂直压缩载荷时的压溃变形机理进行了研究分析。N y n m o 研究了瓦楞纸板(箱)在自然变化的湿度环境中生命周期仿真的方法,分析了湿度、应变场、应力场、纸板强度对瓦楞纸箱强度失效时同的影响特性。B i n c o l 谳等”“引入。瓦楞纸板”有限元模型。利用有限元法研究了瓦楞纸箱包装
8、的弯曲和抗压性能,验证了试验结果。奚德昌等o o将瓦楞纸辖的侧板蕊为茼支及自由边界条件下的弹性正交板,分析计算了箱体高度、层数与抗压强度的关系。余本农等“2 1在研究M c k e e 简化公式的基础上,给出了一种计算方法,而且该方法还可以考虑长宽比、高度比等因素对纸箱抗压强度的影响。宋世斌等”“”系统分析了瓦楞纸箱抗压强度的影响因收稿日期:2 0 0 7 0 叮珈基金项目:西安理工大学科技创新与特色研究计划项目(1 0 4 2 1 0 5 1 7)作者简介:郭彦峰(1 9 7 0 一),男,西安人,博士,西安理工大学哥教授,主要研究方向为运输包装系统与现代物流、包装测试技术、防伪包装技术。万
9、方数据郭彦峰等瓦楞纸板结构在运输包装应用中的研究进展素,从材质、结构、制造工艺、流通条件等方面讨论了提高瓦楞纸箱抗压强度的方法和措施。壬建清等“钉通过对国产瓦楞原纸、箱纸板的环压强度、瓦楞纸板的边压强度和纸箱抗压强度的测试分析,给出了国产原纸、瓦楞纸板、纸箱抗压强度之间的关系公式和瓦楞纸板边压强度的修正系数,以及由原纸环压强度估算瓦楞纸板边压强度、纸箱抗压强度的方法。王迪功等“”针对K e m c u n 公式在使用中出现的计算值与测量值的偏差较大现象,以及耒考虑纵横比对抗压弱度的影响等同韪,提出了纸箱高度大于2 5 c m 时的修正公式,并进行了试验验证。廖梓延等”o 试验研究了开孔位置及形
10、状对抗压强度的影晌关系。王俊丽等o”试验研究了抗压性能的变化与含水翠的关系,根据M c k 钟公式估算出瓦楞纸箱在不同含水率时的抗压强度值。国内外学者对瓦楞纸箱包装系统在运输包装中的应用、设计原理与方法和计算机辅助设计也进行了一些研究工作。谢一明4 1 从单自由度线性系统角度,分析了瓦楞纸箱包装系统的缓冲防振原理、力学模型和计算方法。柴培英等”4 1 研究了瓦楞纸箱包装系统的设计思路、结构设计方法、优化分析,并研究开发了一些计算机辅助设计程序。c b o n h 舳d l o b 等四1 基于芒果在运输搬运中对防碰撞、阻热等要求,对比分析了瓦楞纸箱、可回收塑料箱的力学性能,为芒果等热带水果的运
11、输包装提供了理论依据。1 2 瓦楞纸板殛其衬垫瓦楞纸板是一种具有粘-弹-塑性的非金属夹层结构材料,由于在3 个相互垂直的方向上,植物纤维和其它成分的空间分布不同、排列及取向不同,其力学性能具有显著的各向异性。在瓦楞纸板的压缩、弯曲、稳定性、压溃、蠕变性能以及力学模型等方面。国内外学者进行了大量的理论与试验研究工作。布列霍特采用M 缸w e 流体模型、K e l v i n 固体模型、塑性元件8 9 组合形式,提出了瓦楞纸板的力学模型。H a l l l 等啪“研究了瓦楞纸板在边压载荷条件下的弯曲特性、压溃变形机理和临界载荷。G 丑c h r i s I 等m 3 基于几何非线性和材料非线性。采
12、用三维壳单元建模,对瓦楞纸板的弯曲、后屈曲、压溃等力学特性进行了有限元分析和试验验证。h 等m 3 对瓦楞纸板的初始正弦波瓦楞在垂直载荷条件下控制面板局部压溃、纸板整体变形的作用进行了理论与试验研究。H 0 r d s n d 等”1 基于正交各向异性材料模型,利用有限元法研究分析了瓦楞纸板的面板局部弯曲对纸板整体后屈曲的影响、材料失效准则和压溃载荷。应袒光等”4 3 将分层分析法用于瓦楞纸板的抗压稳定性分析,得到提高其抗压能力的一些措施;研究了加筋瓦楞纸板的抗压稳定性,获得了筋条的形式、个数、位置对瓦楞纸板抗压性能的影响关系。高德等”4 3 建立了瓦楞纸板的平压、边压、侧压的静态应力一应变关
13、系模型、非线性粘弹塑性模型及其参数。程小琴等”1 试验研究了4 种湿度条件对瓦楞纸板的边压强度、粘合强度、戳穿强度和耐破度的影响关系,发现边压强度、粘合强度随环境湿度的增大而明显下降。郭彦峰等”。试验分析了3 种高强度瓦楞纸板的耐破度、戳穿强度、平压强度、边压强度等强度特性。刘晔等“1 伽研究分析了3 B、x P L Y(B)型三层瓦楞纸板的强度特性、静态平压应力一应变曲线规律,按线性、正弦、正切曲线分段建立了非线性数学模型及其参数。高德等呻叫1 应用A B A Q u s 有限元分析软件,对A B 型瓦楞纸板的静态压缩性能、缓冲性能进行了非线性有限元分析获得了均布载荷条件下的应力分布、缓冲特
14、性曲线,为瓦楞纸板力学性能的研究提供了种新方法。郭彦峰等”1 研究分析了环境温湿度对A B 型双瓦楞纸板的蠕变及回复特性的影响关系,给出了蠕变-时同曲线的分段式经验公式及其特征系数。耿敏、熊宏智等“3 试验分析了由瓦楞纸板、蜂窝纸板组成的复合板的刚度,由夹层板理论推导出刚度计算公式。周媛等”o 试验研究了5 层瓦楞纸板强度与原纸强度的关系,利用s A s 软件计算分析了双瓦楞纸板的边压强度、耐破度的回归方程,为瓦楞纸板强度的预测和纸顿的配合方案提供了计算磙据。在瓦楞纸板衬垫的缓冲性能、防振性能、动力学模型等方面,国内外学者也进行了大星的理论与试验研究工作。B a”o”讨论了瓦楞纸板衬垫的分类,
15、以及它们在运输过程中对产品的冲击与振动防护性能。H e i m 啪哪!研究了弹力型、折叠型、弹折型、角型衬垫的动态缓冲特性。澳大利亚维多利亚大学的s e k、鼬I k p d 晡c k、M i l l e n”卜踟等对瓦楞纸板衬垫的抗压性能、缓冲特性和振动传递特性进行了大量的理论与试验研究工作。N 秘d 瑚等”认为,在动态压缩实验中,当衬垫承受常值静态载荷时,瓦楞纸板的缓冲性能依赖于村垫尺寸这种现象是由于瓦楞内所包含的空气压力提高了其缓冲性能。奚德昌等”1 研究分析了瓦楞纸板的缓冲特性和抗压强度的表达式,以及刚度、强度与交错位置的关系曲线。高德等”“o 研究分析了瓦楞楞形参数对缓冲性能、结构强
16、度和材料消耗量的影晌。提出了反映B 楞双层瓦楞纸板衬垫在不同条件下连续冲击时动态响应的非线性粘弹性模型。许文才等”卜蜘比较分析了几种典型衬垫的缓冲特性,建立了瓦楞纸板衬垫的缓冲模型,血用阻尼最小二乘法对缓冲衬垫的物理参数进行了优化分析。向明等”试验分析了瓦楞纸板衬垫的动态缓冲性能,获得了最大加速度静应力曲线。刘义翔等懈。应用A D A M s软件建立了瓦楞纸板缓冲包装系统的动力学模型,对刚度特性、阻尼特性、连续冲击载荷条件下的应力分布等进行了分析。王勇等”“o 研究了瓦楞纸板在矩形波激励下的冲击响应,以及波形参数对瓦楞纸板缓冲包装系统的冲击谱和破损边界的影响规律。刘晔等”研究了3 层瓦楞纸板动
17、态缓冲性能的首次冲击模型及其参数。付云岗旧3 采用正交各向异性板理论和有限元法,研究分析了双瓦楞纸板的峰值频率、传递率以及阻尼比等振动传递特性。宋超等。驯通过简化力学模型和对比性试验,分析了折叠三角形瓦楞纸板衬垫的缓冲性能与其截面尺寸、结构折叠层数关系的基本规律。马宴苹等”3 试验研究了弹力型双瓦楞纸板衬垫的动态缓冲性能,得到3 种跌落高度条7 万方数据一些产品在运输包装中使用瓦楞纸板托盘。许文才等”3 测试 3 M。K E ERc,G A N 舾RJw tw A c H u T AJR-m 呻商v e 咖h分析不周结构的瓦楞纸板托盘,获得了的压力试验参数,为瓦9 唧1 山hc 1 1 鲫e
18、dn 岫洲陆 J h P 睨b 0 羽9 卵。幛I l g,楞纸板托盘结掏设计和瘦用选择提供了依据。4 盈:誉支1 kM 沁帕鲥l 删 z 几个建议例=篡:=k d“坩一能、防振性能也不尽相同。因此需要研究开发瓦楞一蜂窝复 1 0 8 1 州。o u M“8 8 8 76“商叫4 n dP 9“?掣“”台瓤乱以适应大中型产品的运袍妒删。帆=芝三=怒意口L s Y 型蜂苎蓦合纸板是由蜂窝纸与瓦楞纸板有机结合而获得的 1 1 羹丞昌,邢力:r 瓦楞纸箱高度与层散对耐压值的影响 J 包装复台纸板m 3 它以蜂窝状结构为基材,上面粘接单层瓦楞纸工程,1 9 9 0。1 l(2):2 3 2 9 采用微
19、型瓦楞纸板代替厚纸板,并应用于酒类、小型器具类、鞋 1 6 朱丽萍,赵剖杓,在文陆瓦楞纸箱结构对抗压力的影响 J】包类、五金工具、微电子产品、电脑零件的包装。装工程,1 9 9 8,1 9(1):2 0 2 2 z-竺燃薏黧苎芝竺耋坠:竺!耋n 7 1 毳i 篙j 麓篙喜嚣鬻嚣慧竺度提高的。曼要篓磐望至篓奎粤妻壁量翌要翌,墨有粤导苎兰要c。,三主喜:;,;茹:;。孬磊纸未盖;矗瓦;釜板、纸箱性、非线性特征甚至还包含塑性特征;而且它的力学性能受到。抗压强度之间关系的研究 J 包装工程,2 0 0 0,2 1(;):;:响-工作量太大,也很难获得较全面的基本数据和重要公式。1 9 主迪功赵麦群,许
20、兴祥凯里卡特公式的修正 J】包装工程。万方数据郭彦峰等瓦楞纸板结构在运输包装应用中的研究进展州交通大学学报(自然科学版),2 0,巧(3):1 3 4 一1 3 5(4 2】刘晔,王振林高藩辞,三重组合瓦楞纸板静杰早压性能的理 2 2 谢一明防振缓冲理论在纸箱包装系统设计中的应用 J】包装论建模 J 包装工程,2 0,2 5(5):1 6 2 一1 6 4 工程,1 9 贴,1 6(6):4 一1 1 4 3】高德,董静,车军基于非线性有限元的瓦楞纸板动态冲击响应 2 3 柴培英,王德患,蟛国勋瓦楞纸箱结构优化c A D 系统 J 包的仿真研究 J 包装工程,2 0 0 6,”(4):l o
21、一儿装工程,1 9 9 2 1 3(5):2 1 3 2 1 9 “】王鹤腾高德,常江基于非线性有限元的瓦楞纸板静态压缩性 2 4 张华良,刘乘,彭国勋瓦楞纸箱包装结构优化设计及计算机辅能仿真研究 J】包装工程,2 0 0 6,2 7(5):l 一3 助设计软件 J 包装工程,1 9 9 4,1 5(2):7 4 7 9 4 5】郭彦峰,付云岗,张伟A B 型双瓦楞纸板的蠕变与回复特性研 2 5 廓腊梅,袁友伟瓦楞纸箱抗压强度的计算方法爰计算机辅助究与分析 J 包装工程,2 0 昕,2 8(3):1 3 1 5。设计 J 包装工程。2 0 0 0,2 l(1):2 4 一”【4 6 耿敏,熊宏
22、智葛效尧蜂窝纸板与瓦楞纸板的复合刚度试验及【2 6 曹国荣,王晓霞,于丽辉瓦楞纸箱计算机设计的研究 J 佳术分析 J 北京轻工业学院学报,2 l,1 9(1):1 1 一1 6 斯太学学报(自然科学版),2 0,1 8(3):”6 2 7 8 4 7】熊宏智,耿敏瓦楞结构与蜂窝结构刖度比较 J 北京工商大 2 7 张改梅瓦楞纸箱系统设计软件的研究与开发 J】包装工程,学学报(自然科学版)2 0 0 1 1 9(3):4 2 4 6 跚,2 5(5):一5 7 鸽 周嫒,张新昌五层瓦楞纸板与原纸强度关系的研究【J 包装 篮 李小丽。郭彦峰瓦楞纸箱在运输包装系统中的应用与设计工程,2 0 0 6,
23、2 7(6):8 7 8 9 J 包装工程,2 0 嘶”(3):1 2 6 一1 2 7【4 9 B A u E Ru d o V e。p 帅h 雌 M】W u 蜘h 喵:V o 融一V e l l a g,1 1 2 9 c H o N H E H o BV s I N G HsP c 咄P 丑l i 啪0 f O 一1 目“_ l 陆【5 0 H E I M A A ND N 眦b t w i c u m l 胂b e i nE i I I 眦啪V 唧-c k u 时硝如dm 啪出en-鲥cc 蚰“n 啉kM 暗。肼咐岫6 锄 J 单l 佣锄删w e l l p 8 p P e。1 9 9
24、 4(采不详)P a c k 嚼q l k h n o l o 盯蛐ds c i 即2 0 0 3,1 6(6):2 3 1 2 3 7 5 1 s E K M,l(I m A 1 矾KJ c h 啪删妣Bo f c o 咖删。d 同聊b 0 8 l d 3 0】H H NEK,c 舡s s 0 NL ,W|1 傩m 删DBs B 蜘吒0“币m-,_ 帆吨M 曲盱i 矗li nP T 0 t e c l i 帆 c h 啪e d i。睁a i o nf h t u 坤妇B u d 出曲gs n 血讳dc 佃唰e dB o-I dP 细幽 J d1 0 t hl A P l t lw 埘dc 呻
25、妇帅陆k 硒哩,u s L r a l i M 出EllM c c I I a n j c I,1 9 9 2,3 2(3)。2 5 2 2 5 8 b o u 眦,1 9 9 7 3 1 卧H NEK,R u D o D W E g r E 啪Bs,畦d c 咖p 瞄曲 5 2 s E KM,x】R K P A T R I c KJ P I e d i c t j 蛐o f c 曲砌l l g h o p 曲0 f轴tg I dE d F 一e dc 0 咖g 矗叫B o a l dP 蛐e 1 8 J E 印d-c 叩u 删e d n b c r 涮h 如dQ I l“一d y 腿曲c。l
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