包装力学与流变学基本概念.ppt

第2章包装力学与流变学基本概念 包装力学概论包装流变学概念 第1节包装力学概论 1 1力和加速度1 2力的时间效应1 3力的位移效应1 4应力与应变 1 1力和加速度 因子 物体产生的最大加速度用 表示 物品所允许的最大加速度 保证物品不破损 用表示 脆值或易损度 1 2力的时间效应 力在到的时间间隔内积累效称为在此时间间隔内的冲量 冲量引起物体动量的改变 速度的变化等于加速度曲线下在到间所包围的面积 常见波形 a 矩形波 b 半正弦波 c 正矢波 d 三角形波 时间间隔 峰值 波形 一定时的速度改变量为 a 矩形波 b 半正弦波 c 正矢波和对称三角形波 1 3力的位移效应 1 3 1功A 重力的功 B 弹性力的功 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 1 3 2势能 1 有势力 像重力 弹性力这一类力 其大小仅与空间位置有关 所做功与路径无关 只取决于始末位置 称之为有势力 2 不同作业方式下的变形 物体重量W缓慢释放 变形速度 13mm min 即在外力坚持下 重力由零至全部缓慢加载到弹性材料上 从机械能平衡和力的平衡都可得到 B 重量W突然释放 C 重量在弹性材料上方h高度跌落 最大弹性力 最大加速度 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全后的变形之比值 实际上 存在摩擦力等 还必须考虑能量的耗散 考虑物体在h高度和最大变形的两个瞬间 由机械能守恒得 1 4应力与应变 1 4 1静应力与动应力 1 静应力 2 动应力 当时 跌落时的最大加速度近似等于动载系数 1 4 2应变 1 材料的弹性模量 表示材料在拉压下的抗应变性质在小应变时 应力与应变之间满足虎克定律 常数 材料的弹性模量 2 泊松比 材料在收到纵向拉压时 在发生纵向伸缩的同时 在横向发生相反的变形 在弹性范围内 横向应变与纵向应变大小之比为一常数 称为泊松比 因材料而异 对各项同性材料 金属材料 橡胶 石蜡受拉时体积无变化 软木 泡沫材料 3 剪切弹性模量 剪应力与剪切角之比称为材料的剪切弹性模量 4 杨氏 弹性模量 剪切弹性模量与泊松比之间的关系 1 4 3应变能在应力应变曲线下的面积表征了材料的应变能 即单位体积材料在变形过程中所吸收的能量 第2节包装流变学概念 流变学是在虎克弹性定律和牛顿黏性理论的基础上发展起来的 关于形变与流动的科学 缓冲材料 黏塑弹性物质 可假定由弹性 黏性和塑性三要素所构成的物质 2 1弹性 1 弹性 缓冲材料在力的作用下发生变形 当去掉外力时能恢复其原有状态 这种性质称为弹性 2 弹性力 外力作用下物体内部产生阻止变形 力图恢复原有状态的力 内部应力 而去掉外力时随状态的恢复其内部应力也随之消失 这种内部应力就是弹性 恢复 力 3 弹性极限 去掉外力后能完全恢复其原有状态的应变界线 4 缓冲材料的弹性 取决于材料 而且还与使用的结构 加载方式 温度条件等有关 5 缓冲材料的分类 线性弹性材料 非线性弹性材料 分段线性 结构和组合造成的 三次函数 在小变形时接近线性 主要代表悬挂包装的组合弹簧 正切形 十分接近线性材料在趋于压实状态的情况 双曲正切形 弹性极限较小的材料在较大范围内的典型表现 不规则形 变形曲线上各点的斜率不同 因此各点的弹性模量E和k都不同 研究小变形时 常用初始弹性模量 在弹性极限范围内 完全按线性弹性对待 称为正切模量 曲线呈非线性时 常用正割模量代替正切模量 对工程塑料是以时的弦线斜率来代替该点的切线斜率 6 弹性变形率 对常用缓冲材料 弹性效率 原始长度 加载后的伸长 卸载后的长度 破断前的全长 2 2塑性 1 塑性 固体在超过弹性极限后发生流动 造成永久变形或破坏 这种性质称为塑性 2 缓冲材料塑性的应用空投物品的包装 利用大外力下的塑料变形来吸收能量 达到保护产品的目的 积层式瓦楞纸板 木丝 聚苯乙烯泡沫 都在不同程度上利用材料的塑性来到达缓冲的目的 压溃型缓冲材料 2 3黏性 阻尼 1 黏性 黏性是指物体受力作用时 与其速度有关的阻力 2 阻尼的分类 线性阻尼 阻力与运动速度成之比的阻尼 动力学阻尼 阻尼与速度的平方成之比 结构阻尼等效黏性阻尼 固体摩擦阻尼黏性 弹性 黏弹性材料 隔振 缓冲 黏性能减少材料的蠕变 2 4蠕变 1 蠕变 保持一定的静压状态下 变形随时间而进行的现象 堆码 2 蠕变的影响因素 载荷 时间和温度 随着载荷 时间和温度的增高 蠕变明显增大 2 5松弛现象 1 松弛 松弛过程存在于物质由一种平衡状态转变为另一种平衡状态的过度过程之中 它不是热力学过程 是一种动力学过程 有温度和作用时间有关 蠕变是机械力作用下的力学松弛 在电场作用下回发生电学松弛 2 高聚物的力学松弛的形式 蠕变 应力不变 变形增加 应力松弛 恒定的变形下 应力逐渐减退 弹性变形减少而塑性变形增大的现象 松弛过程的总变形不变 初始变形 2 6滞后现象 1 滞后现象 2 产生原因 滞后现象是由于黏性 内部摩擦 制造时的内部应力 热不平衡以及塑性所造成的 生橡胶的应力应变曲线图