1、蜂窩紙板面內(nèi)承載與面外抗彎機理及其模型表征蜂窩紙板具有質(zhì)量輕、能量吸收強與環(huán)保等特點 , 近年來廣泛應用于運輸包 裝、建筑等 , 其中蜂窩紙板面內(nèi)承載、抗彎性能是保證其加工制品機械力學性能 的關(guān)鍵。蜂窩紙板面內(nèi)壓縮與面外彎曲時 ,蜂窩紙芯與面紙受力形式復雜 , 其變形 機理及承載性能表征是蜂窩紙板應用的基礎(chǔ) , 為此開展蜂窩紙板面內(nèi)壓縮與面外 彎曲等理論與工程應用研究具有重要的工程價值。本課題重點考慮蜂窩紙板包裝件在物流環(huán)境條件下的準靜態(tài)力學行為 , 從蜂 窩紙板面內(nèi)準靜態(tài)壓縮承載與紙板梁面外抗彎機理、 承載模型表征、 蜂窩芯層結(jié) 構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計與表征等方面進行深入研究 , 建立了蜂窩紙板面內(nèi)承載

2、理論模型、面 外抗彎理論模型 , 設(shè)計了增強型蜂窩芯層結(jié)構(gòu)并進行表征。 研究工作主要包括 :(1) 蜂窩紙板面內(nèi)承載機理及性能影響分析。基于不同材料及結(jié)構(gòu)參數(shù)的蜂窩紙板面內(nèi)承載試驗 , 分析其面內(nèi)承載機理。 在此基礎(chǔ)上應用灰關(guān)聯(lián)熵理論對蜂窩紙板面內(nèi)承載力影響因素進行評價, 得出面紙定量、蜂窩孔徑和紙板厚度對承載性能影響的主次關(guān)系和影響程度。研究表明, 縱向和橫向承載中芯層和面層屈曲分別呈現(xiàn)不同的規(guī)律性變形且 縱向壓縮主要由斜向單壁及面層承載 , 橫向壓縮則主要由雙層胞壁、單層胞壁、 面層共同承載。面紙性能、紙板厚度對蜂窩紙板彈性模量影響較大 , 面紙性能、 孔徑尺寸、紙板厚度對平臺應力、最大吸

3、收能量影響均較為顯著。(2) 蜂窩紙板面內(nèi)承載性能的理論表征。在蜂窩紙板面內(nèi)承載機理及性能影 響分析的基礎(chǔ)上 , 應用塑性變形、塑性能量耗散及能量守恒定理等構(gòu)建縱橫承載 方向平臺應力理論模型 ; 結(jié)合蜂窩紙板的實際應用方式 ,獲得蜂窩紙板面內(nèi)縱橫向邊壓強度已知原紙的縱橫屈服強度及材料的“孔徑邊長” 、“芯層厚度”、“面層厚度” 及“芯層原紙厚度” 即可獲得蜂窩紙板面內(nèi)平臺應力及邊壓強度。 模型值與實驗 數(shù)據(jù)對比驗證 , 模型吻合度較好。(3) 蜂窩紙板梁面外抗彎性能的理論表征。對面外抗彎承載彈性、屈曲、坍 塌變形機制開展分析 , 彎曲剛度、極限彎曲載荷隨紙板厚度增加而增大、隨孔徑 增加而減小

4、, 最大彎曲撓度隨紙板厚度增加而減小、隨孔徑增加而增大。結(jié)合經(jīng)典梁理論及蜂窩紙板結(jié)構(gòu)、 材料參數(shù)等對縱橫彎曲剛度、 極限彎曲載 荷及最大彎曲撓度進行分析 , 獲得蜂窩紙板縱、橫兩方向三點彎曲梁彎曲剛度、 極限彎曲載荷及最大彎曲撓度表征方程。 已知原紙的縱橫彈性模量及材料的 “孔 徑邊長”、“芯層厚度”、“面層厚度”及“芯層原紙厚度”即可求解得到蜂窩紙板 彎曲剛度、極限彎曲載荷及最大彎曲撓度 , 與實驗值吻合較好 ,驗證了模型的準確 性。(4) 蜂窩紙板結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計及性能表征。 設(shè)計了一種增強型紙蜂窩芯層結(jié)構(gòu) , 并完成平板粘合尺寸及制造工藝設(shè)計 ; 通過實驗分析了增強型蜂窩紙板面外準靜 態(tài)壓縮變形機理 ,應用塑性變形、塑性能量耗散及能量守恒定理 , 構(gòu)建增強型結(jié)構(gòu) 面外承載平臺應力理論模型 , 得出與常規(guī)蜂窩紙板平臺應力相比的增強系數(shù)模型 模型與蜂窩芯紙原紙性能、蜂窩厚跨比和原紙屈服強度系數(shù)有關(guān)。研究表明, 與目前常規(guī)結(jié)構(gòu)比較 ,增強型結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)機械化平板粘合生產(chǎn)且 工藝改動小 ; 與相同蜂窩芯層材料和孔徑尺寸參數(shù)的常規(guī)結(jié)構(gòu)相比 ,增強型結(jié)構(gòu) 承載性能平均提高約 4 倍,在相同的抗壓強度條件下 ,增強型結(jié)構(gòu)