1、項(xiàng)目背景

         產(chǎn)品在運(yùn)輸和使用過(guò)程中，難免發(fā)生跌落或磕碰，碰撞產(chǎn)生的沖擊載荷常常對(duì)產(chǎn)品造成嚴(yán)重的致?lián)p破壞。借助緩沖材料保護(hù)產(chǎn)品是包裝運(yùn)輸?shù)挠行Т胧＞彌_材料發(fā)揮著保護(hù)產(chǎn)品的作用，將沖擊對(duì)產(chǎn)品造成的影響控制在可接受范圍內(nèi)。聚乙烯泡沫材料是一種交叉鍵合的閉孔型塑料，基于其閉孔特性，當(dāng)材料受到?jīng)_擊時(shí)，泡孔產(chǎn)生變形，吸收能量并緩和沖擊，因此聚乙烯泡沫作為緩沖材料被廣泛應(yīng)用。

         在產(chǎn)品跌落沖擊緩沖材料的過(guò)程中，泡沫受沖擊變形的瞬態(tài)過(guò)程非常復(fù)雜，伴隨著幾何非線(xiàn)性、材料非線(xiàn)性和接觸非線(xiàn)性。本文基于LS-DYNA顯式計(jì)算分析了泡沫緩沖材料的對(duì)產(chǎn)品沖擊載荷的響應(yīng)過(guò)程。

2、模型說(shuō)明：

      為了提高計(jì)算效率，將包裝系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品的緩沖過(guò)程簡(jiǎn)化為如圖結(jié)構(gòu)，鋼球代表產(chǎn)品，泡沫體代表包裝緩沖系統(tǒng)。

泡沫的材料參數(shù)按照GB/T 8168—2008 包裝用緩沖材料靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行壓縮實(shí)驗(yàn)，測(cè)得聚乙烯泡沫應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)，根據(jù)性能曲線(xiàn)轉(zhuǎn)化得到，具體如下圖。

①材料定義：

泡沫緩沖塊的結(jié)構(gòu)尺寸為260 mm× 260 mm×100 mm，通過(guò)MAT5定義材料屬性。產(chǎn)品鋼球的材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼，密度為7850 kg/m2，彈性模量為210 GPa，泊松比為0.3，通過(guò)MAT20定義為鋼體。

②接觸定義：

模型的接觸面為緩沖墊與產(chǎn)品，接觸面為非線(xiàn)性實(shí)體接觸，選擇“Pure Penalty”懲罰函數(shù)方法對(duì)接觸面進(jìn)行控制，阻止模型之間的穿透行為，接觸面采用主-從面接觸，且鋼球?yàn)橹髅妫雎阅Σ磷饔谩?/p>

③網(wǎng)格控制：

對(duì)于有限元分析，單元質(zhì)量和尺寸直接影響到計(jì)算結(jié)果的精度和效率，模型緩沖體網(wǎng)格采用規(guī)則的六面體，球體采用mixed的四邊形，通過(guò)控制單元Size ，控制模型和計(jì)算效率。

④施加載荷與約束：

設(shè)置鋼球初速度為5 m/s ，方向垂直指向緩沖體，模擬產(chǎn)品跌落的沖擊載荷。模型重力加速度9.8 m/s2，方向指向地面，緩沖體下表面施加固定約束，設(shè)定仿真分析時(shí)間為100 ms。

⑤輸出設(shè)置：

通過(guò)database設(shè)置輸出控制，輸出單元、節(jié)點(diǎn)結(jié)果，同時(shí)輸出接觸力的時(shí)間歷程結(jié)果。

3、計(jì)算結(jié)果

        計(jì)算過(guò)程中，最小步長(zhǎng)為10e-8，結(jié)果如下圖所示。代表了沖擊緩沖的過(guò)程響應(yīng)，能量曲線(xiàn)，總能量恒定，鋼球動(dòng)能在沖擊過(guò)程能量減少，并轉(zhuǎn)化為泡沫的內(nèi)能。代表沖擊力的變化過(guò)程，顯示了最大沖擊載荷及減緩歷程。

        本項(xiàng)目以泡沫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)， 利用MAT5模型將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)引入LS-DYNA軟件，應(yīng)用于泡沫緩沖系統(tǒng)的跌落沖擊過(guò)程仿真分析，驗(yàn)證了該方法的可行性，為非線(xiàn)性緩沖系統(tǒng)的有限元分析提供了參考價(jià)值。