包装动力学是研究包装件对流通过程中的振动与冲击环境的响应课件.ppt
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- 包装 动力学 研究 流通 过程 中的 振动 冲击 环境 响应 课件
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1、第二章第二章包装动力学与流变学基本概念包装动力学与流变学基本概念n引起包装件破损的主要原因是流通过程中的冲击和振动。引起包装件破损的主要原因是流通过程中的冲击和振动。n包装动力学包装动力学是研究包装件对流通过程中的振动与冲击环是研究包装件对流通过程中的振动与冲击环境的响应,分析内装产品在振动与冲击环境激励下破损境的响应,分析内装产品在振动与冲击环境激励下破损的原因,并在经济的前提下提出防止内装产品破损的条的原因,并在经济的前提下提出防止内装产品破损的条件,其任务是为缓冲设计提供依据。件,其任务是为缓冲设计提供依据。GB/TGB/T 2298229819911991 机械振动与冲击机械振动与冲击
2、 术语术语n机械冲击机械冲击:系统受到瞬态激励,其力、位移、速度、加:系统受到瞬态激励,其力、位移、速度、加速度发生速度发生突然变化突然变化的现象。的现象。n突然变化突然变化:指在比系统的固有周期短得多的时间内发生:指在比系统的固有周期短得多的时间内发生的变化。的变化。第一节第一节 包装动力学概念包装动力学概念什么是包装动力学?什么是包装动力学?n冲击的特点冲击的特点:(1 1)冲击是骤然的、剧烈的能量释放、能量转换和能量)冲击是骤然的、剧烈的能量释放、能量转换和能量传递。传递。(2 2)冲击的持续时间很短。)冲击的持续时间很短。(3 3)冲击过程一次性完成,不呈现周期性。)冲击过程一次性完成
3、,不呈现周期性。流通过程中常见的两类冲击情况:流通过程中常见的两类冲击情况:n跌落冲击跌落冲击:如搬运、装卸、仓储、:如搬运、装卸、仓储、野蛮包装野蛮包装(?)等(?)等n水平冲击水平冲击:运输工具起动和刹车等。:运输工具起动和刹车等。n 在冲击瞬间,包装件承受很大的冲击加速度作用。若包在冲击瞬间,包装件承受很大的冲击加速度作用。若包装件强度低,则可能出现破损。装件强度低,则可能出现破损。n振动振动:机械系统中运动量的振荡的现象。:机械系统中运动量的振荡的现象。n振荡振荡:相对给定的参考系,一个随时间变化的量值与其平:相对给定的参考系,一个随时间变化的量值与其平均值相比,时大时小交替变化的现象
4、。均值相比,时大时小交替变化的现象。n机械振动机械振动:指具有质量和弹性的物体或系统在其平衡位置指具有质量和弹性的物体或系统在其平衡位置附近作来回往复运动的过程。如包装件的振动问题等。附近作来回往复运动的过程。如包装件的振动问题等。需要研究的需要研究的n振动是由振动是由振源振源向振动系统输入信号,系统所作的向振动系统输入信号,系统所作的响应响应。n激励(振源):促使物体振动的各种外因激励(振源):促使物体振动的各种外因n阻尼:阻碍物体振动的因素,如空气的阻力,材料的内阻,阻尼:阻碍物体振动的因素,如空气的阻力,材料的内阻,物体之间的摩擦等。物体之间的摩擦等。n机械振动分类机械振动分类 按微分方
5、程分:按微分方程分:线性振动线性振动,非线性振动,非线性振动 按按自由度自由度分:分:单自由度系统单自由度系统,多自由度系统,弹性体系,多自由度系统,弹性体系统(统(连续介质系统,无限自由度)连续介质系统,无限自由度)按输入分:自由振动,按输入分:自由振动,强迫振动强迫振动,自激振动,自激振动按振动规律分:按振动规律分:周期振动周期振动,随机振动,随机振动按振动方向分:按振动方向分:垂直振动垂直振动,水平振动,倾斜振动,扭转,水平振动,倾斜振动,扭转振动振动第三章目录第三章目录n动力学是研究系统动态行为的学科。包括已动力学是研究系统动态行为的学科。包括已知振源和系统动态特性,求系统响应;已知知
6、振源和系统动态特性,求系统响应;已知系统动态特性和响应求系统输入;已知系统系统动态特性和响应求系统输入;已知系统的输入和输出来确定系统动态特性(模态分的输入和输出来确定系统动态特性(模态分析,系统识别)。析,系统识别)。一、力和加速度(一、力和加速度(P.9P.9)牛顿定律:牛顿定律:代数量形式:代数量形式:无量纲表达式:无量纲表达式:nG 表示物体加速度与重力加速度的倍数,也表示合外力与表示物体加速度与重力加速度的倍数,也表示合外力与重力的倍数。重力的倍数。G 因子是极为重要的量。因子是极为重要的量。WGgaWFGgaWFmgWmaFG 因子因子WGgaWFGgaWFmgWmaFWGgaWF
7、GgaWFmgWmaF?Famvvn运输包装中往往用运输包装中往往用G 值表示加速度,值表示加速度,Gm表示产品产生表示产品产生的最大加速度,的最大加速度,Gc 表示易损件所允许的最大加速度。表示易损件所允许的最大加速度。n保证包装件保证包装件不失去原有功能不失去原有功能或或不发生破损的条件:不发生破损的条件:R.D.Mindlin19451945年提出年提出19611961年年P.E.FranlinP.E.Franlin和和 M.T.HataeM.T.Hatae提到了易损度的定义,即提到了易损度的定义,即装备品抵抗冲击与振动的能力,强度指标。装备品抵抗冲击与振动的能力,强度指标。Gc称为脆值
8、或产品的称为脆值或产品的易损度易损度。FragilitycmGGn 注意:关于重力加速度,重视各地的差异。尤其是对注意:关于重力加速度,重视各地的差异。尤其是对于贵重的、大宗货物的国际间贸易于贵重的、大宗货物的国际间贸易。二、力的时间效应二、力的时间效应n动量定理动量定理2112ttFdtvmvm0F2t1tt有什么条件?有什么条件?n 速度变化量等于加速度曲线与时间间隔(速度变化量等于加速度曲线与时间间隔(t=t2-t1=)所)所围面积,是加速度及时间间隔的函数。围面积,是加速度及时间间隔的函数。n力的时间效应取决于三个要素:力的时间效应取决于三个要素:曲线形状(波形),最大曲线形状(波形)
9、,最大值值Gm(峰值),时间间隔(峰值),时间间隔 t t。力在时间间隔内的效应(冲量)等力在时间间隔内的效应(冲量)等于动量的改变。于动量的改变。力与速度方向一致力与速度方向一致21dtttavn当当Gm、t t已确定,由积分可得到不同已确定,由积分可得到不同波形波形所围成的所围成的面积面积V V。常见波形常见波形mGG a.矩形波矩形波tGvm)(sin1ttGGmb.b.半正弦波半正弦波tGvm2)(sin12ttGGmc.正矢波正矢波tGvm21)2(2/)2(2/22122111ttttttGGttttttGGmmd.d.三角形波三角形波注意注意P P011011的一段话的一段话三、
10、力的位移效应三、力的位移效应1 1、功、功n重力功重力功:n弹性功弹性功:2 2、势能、势能 (取决于高度差,与路径无关)(取决于高度差,与路径无关)(取决于运动的始末位置,与路径无关(取决于运动的始末位置,与路径无关)(2222112kWWhW 12n 有势力:如果作用在物体上的力所做之功仅与力作用点有势力:如果作用在物体上的力所做之功仅与力作用点的起始位置和终了位置有关,而与其作用点经过的路径无的起始位置和终了位置有关,而与其作用点经过的路径无关,这种力称为有势力或保守力。关,这种力称为有势力或保守力。n 势能:物体由某位置到选定的零势面,有势力所做的的势能:物体由某位置到选定的零势面,有
11、势力所做的的功。功。可正、可负,又可能为零。可正、可负,又可能为零。机械能守恒机械能守恒3 3、不同作业方式下的变形不同作业方式下的变形A.A.物体重量物体重量W缓慢释放,变形速度缓慢释放,变形速度13mm/13mm/minmin(即在外力坚持下,重力由零至全部缓慢加载到弹性材料上即在外力坚持下,重力由零至全部缓慢加载到弹性材料上),设完全释放时材料的变形为设完全释放时材料的变形为 ,从机械能守恒或力的平衡,从机械能守恒或力的平衡可得可得 kWssmmmkWWk220212WhvgWTghv21212 B.B.重量重量W W突然释放突然释放C.C.重量在弹性材料上方重量在弹性材料上方h h 高
12、度跌落高度跌落重量为重量为W 的物体支撑于某弹性材料上,设承的物体支撑于某弹性材料上,设承载面积为载面积为A,材料的弹性刚度为,材料的弹性刚度为ks)211()(212ssmmmhhWkhWkkPmm2WhkWPGmm2smmsmmGG最大弹性力:最大弹性力:最大加速度:最大加速度:G因子的另一物理意义:跌落时的最大加速度等于因子的另一物理意义:跌落时的最大加速度等于跌落时弹性材料产生的最大变形与弹性材料缓慢释放完跌落时弹性材料产生的最大变形与弹性材料缓慢释放完全后的变形之比值。全后的变形之比值。考虑物体在考虑物体在h h高度和最大变形的两个瞬间,由机械能守恒得高度和最大变形的两个瞬间,由机械
13、能守恒得khWhms2时,当实际存在摩擦力等,还必须考虑能量的耗散。(实际存在摩擦力等,还必须考虑能量的耗散。(P.016)P.016)四、应力与应变四、应力与应变1 1、静应力与动应力、静应力与动应力n应力:材料单位面积上承受的压力应力:材料单位面积上承受的压力n静应力:方向和大小不随时间变化的应力静应力:方向和大小不随时间变化的应力 AWs如缓冲衬垫所承受的静应力:如缓冲衬垫所承受的静应力:n动应力:材料在动载荷作用下,所承受的最大压力。动应力:材料在动载荷作用下,所承受的最大压力。如重量为如重量为 W 物体跌落到某一弹性材料上,速度很快变为物体跌落到某一弹性材料上,速度很快变为0 0,某
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