來源： 包裝的現(xiàn)實仿真  

作者：趙洪鑫  

今天的故事是這樣發(fā)生的：團隊羽毛球活動剛結(jié)束，大家都很賣力，出了很多汗。男A看到心儀的小 姐姐拿起一瓶飲料（某品牌）要喝。男A心里一陣激動啊（“嗨！我來幫你打開吧！”，“太好了，這個瓶蓋我實在打不開，手指都特別疼了，你人真好啊！”）。悲劇的是男A還沒來得及起身、伸手、張嘴說“我?guī)湍恪钡纫幌盗袆幼鳎呀?jīng)涼透了心——What? 納尼？只見小 姐姐早已非常便捷的“擰開”瓶蓋，優(yōu)雅的喝了起來。“這不科學啊？”。其實這很科學，只是因為這個牌子的飲料供應(yīng)商采用了工程仿真的技術(shù)。我只能說男A啊，你泡妞的法子太老套了，要跟上時代的發(fā)展啊，全面計算時代已經(jīng)來臨了！

下面我們就一蓋而論：

蓋子：基本完成遮蔽、密封的功能。人的需求是無限發(fā)展變化的，所以一個蓋子除了完成基本功能外還會被要求很多附件屬性：如觀賞性、便攜性、舒適性、經(jīng)濟性等，以滿足消費者各種需求。

可以毫不夸張的說蓋子應(yīng)用在我們生活的方方面面：晚上休息要蓋被子（有點牽強啊），早上刷牙前要打開牙膏蓋子擠牙膏，洗臉要打開洗面奶蓋子，之后小 姐姐可能要打開若干護膚、化妝品蓋子捯飭一番。之后打開杯蓋，喝點涼白開，然后就出發(fā)了，路上記得多開井蓋，不知不覺就到了適婚年齡，揭開新娘子的蓋頭，之后就有了寶寶。寶寶可能會通過生病不斷提升自己的免疫能力，，因為是雙層兒童安全瓶蓋，居然怎么都打不開，差點用鋸弄開，給兒子打電話才弄清怎么打開，換洗的衣服要清洗，擰開洗衣液蓋子發(fā)現(xiàn)居然有導(dǎo)流回收作用，時間慢慢的過去，最終到了人生的終點，蓋棺定論啊！天啊，是不是一輩子都離不開蓋子啊！

既然蓋子在我們的生活中有那么多用處，所以很有必要談?wù)撘幌隆?/p>

本次我們詳細討論一下飲料瓶蓋涉及的一些問題：

分析結(jié)果類似下圖，橫軸為旋轉(zhuǎn)角度，縱軸為旋轉(zhuǎn)扭矩；A0-B0為瓶蓋被首次擰開的扭矩-旋轉(zhuǎn)角曲線，需要破壞瓶蓋與蓋裙之間的緊固連接部分；之后的Ci-Di為擰緊計算結(jié)果曲線，Ei-Fi為非首次擰開曲線。G0+Gr為首次擰開所需扭矩，如果這個值很大的話，可能男A才會有幫助小 姐姐擰開飲料蓋的機會啊。如果客戶想提高用戶舒適性的話，對G0、Gr、以及曲線A0-B0、Ci-Di、Ei-Fi的設(shè)計就尤為重要，設(shè)計要考慮消費者性別、年齡等，因為平局年齡的同性別消費者的手指力度會有一個區(qū)間，不同性別的消費者手的尺寸也會有差別。所以這些數(shù)據(jù)最好通過消費者測試得到，做到實事求是。

瓶蓋主題與蓋裙之間的連接強度會直接影響擰瓶蓋的體驗、除此之外瓶蓋

外柱面的紋理也會對手部感受有一定影響，畢竟紋理越尖銳，手指出點局部應(yīng)力越大，消費者可能指部痛感越大。（這也是你幫助小 姐姐擰開瓶蓋展現(xiàn)男子氣概的唯一機會啊！）ABAQUS在這方面能夠提供豐富的材料模型，求解非線性的復(fù)雜模型，同時提供了豐富的破壞準則，是包裝行業(yè)廣泛使用的有限元仿真軟件工具。

以上主要討論了消費者舒適度體驗，其實蓋子的基本功能是起到遮蔽（比如馬克杯蓋）、密封作用。對于飲料瓶蓋，密閉性是其基本功能，防止液體外泄，氣體泄漏等情況。可以通過分析瓶口端部接觸面壓強分布來考察其擰緊狀態(tài)的密封想能，因為瓶裝飲料的消費場景是多種多樣的，所以仿真分析的時候要考慮如下一些因素：產(chǎn)地與目的地的氣壓變化、溫度變化；飲料裝箱后堆垛造成的擠壓工況；運輸過程中的顛簸工況等等，要保障經(jīng)歷以上工況瓶蓋保持有效密封，蓋體與蓋裙連接不會斷掉。

蓋體與蓋裙之間的連接設(shè)計不僅會影響擰開扭矩，還能影響瓶蓋防塵防水性能，如果連接縫隙太大可能很容易流入灰塵、液體等在一些情況下引起霉變，盡管密封性保證了，但是擰開瓶蓋發(fā)現(xiàn)瓶口柱面發(fā)霉，你說消費者會是什么心情？所以產(chǎn)地與最終目的地的溫濕度差異應(yīng)該也要考慮一下。

除了以上的瓶蓋力學計算，瓶蓋的磨具注塑分析SIMULIA提供了SIMPOE（專業(yè)注塑磨具分析工具）幫助完成瓶蓋注塑相關(guān)分析需求。

輕量化設(shè)計在各行各業(yè)都是很重要的一環(huán)，可以促進降低資源消耗，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。我們可以粗略計算一下，假如一對瓶蓋、瓶口可以節(jié)約1g塑料，一年按生產(chǎn)10億個瓶子，我們可以節(jié)約多少物料成本。如下圖所示，中間跟下面的圖分別為瓶口是否采用截斷螺旋線的方案對比，當然我們想節(jié)約更多物料，這樣截斷寬度就會很大，有可能會對擰緊、開過程的平順性造成影響；也可能造成螺紋根部支撐應(yīng)力過大使瓶蓋密封失效。所以面對這種情況就應(yīng)該做一些參數(shù)優(yōu)化工作：螺紋條數(shù)、螺紋界面幾何參數(shù)、螺紋截斷寬度、氣密性、螺紋根部應(yīng)力大小，成本、模具復(fù)雜度（越復(fù)雜造價越高）等等這些因素都要考慮，這時候?qū)τ诙鄥?shù)、多目標優(yōu)化問題是可以借助專業(yè)參數(shù)優(yōu)化軟件Isight完成計算。

下圖為達索3D體驗平臺 里具體設(shè)計仿真環(huán)境