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持续动载荷作用下包装制品结构疲劳损伤研究

作　者: 刘同文
导　师: 钱怡
学　校: 江南大学
专　业: 包装工程
关键词: 瓦楞纸板结构疲劳振动疲劳寿命剩余强度 Miner准则抗疲劳设计
分类号: TB484
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

疲劳破坏是航空、造船、海洋工程、建筑、机械制造等领域中十分普遍的现象。疲劳是一种隐伏的破坏机理,不易察觉,且难以避免。目前,以上领域中对疲劳破坏已有上百年的研究历史,且已经形成了完整的理论体系,探索出了可行的抗疲劳设计方法。在包装领域,疲劳破坏也随处可见,但目前对疲劳破坏的研究还十分罕见,因此针对包装领域开展疲劳研究具有重要的实际意义。本文以瓦楞纸板结构为研究对象,通过疲劳损伤试验、疲劳剩余强度试验、变幅疲劳试验,探讨了瓦楞纸板结构的疲劳特性。论文以02型纸箱去摇盖结构为具体研究对象,对其施加交变载荷,分析疲劳寿命N与振动时所受最大动载荷F的关系,获得了反映该结构疲劳性能的F—N曲线及相应的数学模型。发现瓦楞纸板结构的疲劳寿命曲线与金属材料类似,可用幂函数描述;但与金属材料不同的是,瓦楞纸板结构的疲劳破坏并非因结构内部裂纹扩展到一定尺度后发生,而是以结构疲劳屈曲的形式最终破坏。通过疲劳剩余强度试验,发现瓦楞纸板结构的疲劳剩余强度大于未经振动瓦楞纸板结构的抗压强度;同时发现抗压强度上升幅度与经历的疲劳振动循环次数无明显关联,其上升区间在3%到10%之间。通过观察分析,总结出引起瓦楞纸板结构疲劳剩余强度上升的主要原因有二:第一,经疲劳振动后,结构各边高度趋于一致,结构承载边界增长,单位长度载荷下降,导致整体稳定性提高;第二,结构与压板接触范围增大,结构所受约束增加,同样导致结构整体稳定性增强。Miner准则是最早的线性疲劳损伤累积准则,目前仍广泛应用于工程实践。本文通过对瓦楞纸板结构进行变幅疲劳试验,发现对于瓦楞纸板结构,Miner准则偏于保守,且加载顺序对疲劳寿命有显著影响。在现行运输包装设计方法的基础上,结合本课题的研究成果,遵循有限寿命设计原则,采用概率疲劳设计方法,探讨了适用于包装行业的抗疲劳设计思路。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-14
  1.1 研究背景  7-8
  1.2 国内外研究概况  8-11
    1.2.1 国外研究现状  8-11
    1.2.2 国内研究现状  11
  1.3 课题的研究目的和意义  11-12
  1.4 课题主要研究方法及内容  12-14
    1.4.1 课题主要研究方法  12
    1.4.2 课题的研究内容  12-14
第二章瓦楞纸板结构介绍及疲劳损伤机理  14-22
  2.1 瓦楞纸板基本特性  14-16
    2.1.1 瓦楞纸板的构造  14-15
    2.1.2 瓦楞纸板的分类  15-16
  2.2 疲劳行为的经验规律  16-20
    2.2.1 疲劳破坏的基本概念  16-17
    2.2.2 S—N 曲线及疲劳极限  17
    2.2.3 Basquin 关系式  17-18
    2.2.4 金属材料疲劳破坏机理  18-19
    2.2.5 聚合物材料疲劳破坏机理  19-20
    2.2.6 瓦楞纸板疲劳破坏  20
  2.3 估计母体中值的最少试件个数判据  20-21
  2.4 本章小结  21-22
第三章瓦楞纸板结构疲劳损伤特性的研究  22-32
  3.1 瓦楞纸板结构抗压强度及疲劳损伤试验  22-26
    3.1.1 试验材料  22
    3.1.2 主要仪器与设备  22
    3.1.3 试验方案  22-24
    3.1.4 试验结果  24-26
  3.2 瓦楞纸板结构疲劳行为的分析  26-31
    3.2.1 载荷分析  26-28
    3.2.2 检验疲劳损伤试验观测值个数  28-29
    3.2.3 试件失效分析  29-30
    3.2.4 疲劳损伤数学模型  30-31
  3.3 本章小结  31-32
第四章瓦楞纸板结构疲劳剩余强度特性的研究  32-40
  4.1 线性疲劳累积损伤  32-34
  4.2 疲劳剩余强度概念  34-35
  4.3 瓦楞纸板结构疲劳剩余强度试验  35-36
    4.3.1 试验材料  36
    4.3.2 主要仪器与设备  36
    4.3.3 试验方案  36
  4.4 疲劳疲劳剩余强度试验结果分析  36-39
    4.4.1 试验结果  36-37
    4.4.2 结果分析  37-39
    4.4.3 修正模型  39
  4.5 本章小结  39-40
第五章瓦楞纸板结构变幅疲劳损伤特性的研究  40-45
  5.1 变幅载荷研究经验  40-41
  5.2 变幅疲劳损伤特性试验  41-43
    5.2.1 试验材料  41-42
    5.2.2 仪器及试验方案  42-43
  5.3 变幅疲劳试验结果分析  43-44
    5.3.1 试验结果  43-44
    5.3.2 结果分析  44
  5.4 本章小结  44-45
第六章瓦楞纸板结构疲劳运输包装设计思路  45-55
  6.1 传统缓冲防振包装设计方法  45-48
    6.1.1 确定流通环境  45-46
    6.1.2 产品特性分析  46
    6.1.3 产品改进  46
    6.1.4 评估缓冲材料的性能  46
    6.1.5 包装设计  46-48
    6.1.6 试验验证  48
  6.2 传统设计方法存在的问题  48-49
  6.3 疲劳设计准则及方法  49-50
    6.3.1 疲劳设计准则  49
    6.3.2 疲劳设计方法  49-50
  6.4 瓦楞纸板结构抗疲劳运输包装设计思路  50-54
    6.4.1 设计过程简述  50-53
    6.4.2 设计思路总结  53-54
  6.5 本章小结  54-55
第七章总结与展望  55-57
  7.1 论文完成的工作  55
  7.2 论文的创新点  55
  7.3 展望  55-57
致谢  57-58
参考文献  58-60
攻读学位期间发表的论文  60-61
附录：试验数据拟合程序  61-62

持续动载荷作用下包装制品结构疲劳损伤研究

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