【利用有限元分析软件，针对纸浆模塑典型结构单元建立系统力学分析模型，以纸浆模塑缓冲结构单元的静态压缩曲线为基础，研究了缓冲包装结构缓冲高度对缓冲性能的影响。研究结果，为缓冲包系统的设计提供一定参考。】
1．概述
在物流系统中，产品的缓冲包装越来越受到人们的关注。缓冲包装主要是研究产品在流通过程中发生破损的机理，以及避免破损应该采取的对策。现代缓冲包装技术的发展集中于对流通环境、缓冲包装材料及缓冲包装设计理论的研究上。适度的缓冲包装结构设计应该是有良好的保护性以及成本低的防震缓冲结构。
基于纸浆模塑材料的缓冲包装结构的特性并不与传统材料完全相同，所以相应的设计重点就放在以缓冲结构充当缓冲垫的设计上。为了弄清复杂组合结构的缓冲性能和结构的关系，将复杂纸浆模塑组合结构分解为常见的结构单元形式来研究，可以揭示基本单元的缓冲性能与结构参数的内在联系，为研究复杂组合提供研究基础。
本文主要研究了静态载荷作用下的纸浆模塑典型单元缓冲高度参数的载荷----变形曲线，并据此为优化纸浆模塑缓冲包装结构设计提出了建议。
2．几何模型的建立及求解思想
2.1几何模型的实现
实验所选用的结构单元分别是相同材料的肋型、桶型和台阶型三种[1]。在ANSYS分析软件中，为了使所构建的模型能充分反映纸浆模塑材料的特点，选用了双线性运动增强型为研究对象，其参数经过测试后设定为：杨氏模量：150Mpa ；泊松比：0.3 ；屈服极限：0.075Mpa；剪切模量：10Mpa。
2.2 有限元模型的求解思想
有限元法的思想是“化整为零，集零为整”，它将模型划分成连续的单元网格，单元之间通过节点连接，单元内部的待求量可由节点之间通过选定的函数关系插值求得，简单的单元形状易于由平衡关系或能量关系建立节点之间的方程，给定边界条件便可求解，单元划分的越细，计算结果越精确[2]。
3． 典型结构单元的斜度参数和缓冲性能的关系研究
3.1 肋型单元的缓冲高度对模型抗压强度的影响
选用模型为上表面是30mm30mm，几何斜度为及的肋形模型（见图1(a)）。其缓冲高度变化范围从10mm到150mm。
从图2中可以看出当单元模型的周边长度固定时，随着纸箱高度的增加，抗压强度会逐渐的降低。当高度从10mm升到30mm时，抗压强度降低的较为明显，大约为50%~~60%，当高度超过30mm后，抗压强度并不随高度的增加而继续明显的变化。
3.2 桶型单元的缓冲高度对模型抗压强度的影响
在本例中选择的为底面半径为R=15mm，高度为H=20mm模型（如图1（b）所示）。在讨论桶型单元缓冲高度对抗压强度的影响时，其拔模斜度设定为6度，在其它的参数保持不变，只改变其缓冲高度时，模型承受的最大应力的情况如表2所示：
从以上的分析中可以看到，尽管缓冲高度在以2mm的速度发生着改变，但其受力能力却发生着很大的变化。这一方面与其接触边长有一定的关系，更主要是与结构本身的稳定性有关。当结构比较稳定时，若受力越接近底部，其承载力越大，即其结构越稳定。
3.3 台阶型单元的拔模斜度对模型抗压强度的影响
本例中采用图1-（d）的台阶型，其截面分隔高度的上下两部分之比是3:1，即指靠近开口的那一部分与靠近底面的部分的高度比为3:1。
从表3中可以看出，当缓冲高度增加时，其抗压能力在逐渐下降，当结构比较稳定时，若受力越接近底部，其承载力越大，即其结构越稳定。
4．分析与结论
通过对纸浆模塑缓冲结构单元静态压缩实验的研究，可以得到以下结论：
随着各类典型单元的缓冲高度的增加，抗压强度会逐渐的降低。缓冲结构体缓冲高度超过一定的极限值后，缓冲能力的变化并不明显。当结构比较稳定时，若受力越接近底部，其承载力越大，即其结构越稳定。
可见，纸浆模塑缓冲结构单元的抗压强度与单元的缓冲高度有着密切的联系，在进行实际的缓冲包装结构设计时应综合考虑多方面的因素，实现最优的缓冲包装的结构设计。
作者/张业鹏
来源：中国包装
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