第三章 缓冲理论基础

第三章缓冲理论基础冲击：在短暂而又强烈的动态力作用下，物体（包装件）的运动状态在极短时间内发生急剧的变化。在各种冲击环境中，货物的跌落冲击最为强烈，是导致产品破损的主要原因。3.1跌落冲击问题的研究方法及研究内容

研究方法研究包装件的跌落冲击问题要分析易损零件的最大加速度用两级估算法讨论包装件的跌落冲击问题

跌落冲击理论不是为缓冲包装设计提供计算公式，而是为测试技术提供理论依据

缓冲包装理论以产品加速度描述易损零件的破损条件。3.1跌落冲击问题的研究方法及研究内容2.3.1产品Hmsksmk0xs0x0y

易损零件系统mk0X?0y产品-衬垫系统msksm0xs0x3.1跌落冲击问题的研究方法及研究内容

研究内容产品及易损零件对跌落冲击的响应包装跌落冲击的强度条件（产品破损强度条件）

研究跌落冲击的能量法（对于非线弹性缓冲材料）3.2产品对跌落冲击的响应产品的跌落冲击过程H

e-碰撞恢复系数，0<e<13.2产品对跌落冲击的响应mk0XWP产品受力分析

令

得到微分方程的通解为

代入初始条件：

3.2产品对跌落冲击的响应

衬垫的最大变形：

3.2产品对跌落冲击的响应产品对跌落冲击的位移-时间响应是一条正弦半波曲线：3.2产品对跌落冲击的响应产品的加速度-时间响应：

0

3.2产品对跌落冲击的响应产品在跌落冲击过程中的速度改变量

对于正弦半波3.2产品对跌落冲击的响应思考题：产品质量m=10kg，衬垫面积A=120cm2

，厚度T=3.6cm，缓冲材料的弹性模量E=700kPa，包装件的跌落高度H=75cm，不计系统的阻尼和衬垫的塑性变形，试求跌落冲击过程中的衬垫最大变形，产品的最大加速度，冲击持续时间和速度改变量。3.3易损零件对跌落冲击的响应msksm0xs0x对零件进行受力分析

令

0

将上式求两次导数3.3易损零件对跌落冲击的响应零件在脉冲时间内的响应

零件在脉冲时间后的响应

3.3易损零件对跌落冲击的响应

3.3易损零件对跌落冲击的响应

易损零件的最大加速度

n=1n=2n=3

3.3易损零件对跌落冲击的响应正弦半波的冲击谱

1.57

3.3易损零件对跌落冲击的响应正弦半波的冲击谱3.3易损零件对跌落冲击的响应

3.4跌落冲击的产品破损边界曲线

易损零件的极限加速度

产品破损条件

3.4跌落冲击的产品破损边界曲线产品破损边界曲线

正弦半波脉冲的产品破损边界曲线产品破损边界曲线反映产品抵抗破损的能力，是产品在跌落情况下的强度曲线。3.4跌落冲击的产品破损边界曲线临界加速度线和临界速度线临界加速度随跌落高度H而变化，没有确定的强度指标。

3.5产品脆值理论气垫式冲击试验机在各种脉冲波形中，矩形脉冲最为强烈，对产品造成的危害最大，但易损零件对矩形脉冲的响应最为简单，得到的加速度强度指标为定值，它表示了产品易损程度的大小，称为产品的脆值。3.5产品脆值理论产品对矩形脉冲激励的响应

0

产品在脉冲时间内的速度计位移随时间变化规律为：

冲击砧落在活塞上是冲击过程的开始，所以

冲击过程结束时

产品的速度改变量

3.5产品脆值理论易损零件对矩形脉冲的响应

0

将上式求两次导数易损零件在脉冲时间内的响应

易损零件在脉冲时间后的响应

3.5产品脆值理论

矩形脉冲的冲击谱

3.5产品脆值理论

矩形脉冲的冲击谱3.5产品脆值理论矩形脉冲的产品破损条件

矩形脉冲的产品破损边界曲线3.5产品脆值理论产品的临界速度线

作为a点，为临界速度线的起点

3.5产品脆值理论产品的临界加速度线

产品脆值：

3.5产品脆值理论脆值的定义：脆值是产品经受振动和冲击时用以表示其强度的定量指标，又称为产品的易损度。此值表示产品对外力的承受能力，一般用重力加速度的倍数G来表示。产品边界曲线的测试步骤3.5产品脆值理论3.5产品脆值理论

3.6包装件跌落冲击的强度条件3.7研究跌落冲击问题的能量法非线弹性缓冲材料的应力-应变曲线：3.7研究跌落冲击问题的能量法H动能势能0WH

0

00变性能U

变形比能u3.7研究跌落冲击问题的能量法根据功能原理

3.7研究跌落冲击问题的能量法在冲击过程中，产品受到的最大冲击力

在忽略自重的情况下

3.7研究跌落冲击问题的能量法

缓冲材料的缓冲系数C

材料的缓冲系数取决于材料的力学性质，是从缓冲包装的角度来描述材料的力学性质，反映了材料的缓冲特性3.7研究跌落冲击问题的能量法

3.8材料的缓冲系数-最大应力曲线

3.8材料的缓冲系数-最大应力曲线

材料压缩试验机的加载速度很低（1.5cm/min），接近静态载荷。3.8材料的缓冲系数-最大应力曲线

落锤冲击试验机

3.8材料的缓冲系数-最大应力曲线影响缓冲系数的因素

3.8材料的缓冲系数-最大应力曲线求解产品跌落冲击的最大加速度

能量转化曲线设计计算缓冲衬垫的面积和厚度

3.8材料的缓冲系数-最大应力曲线过原点切线法最小缓冲系数法3.8材料的缓冲系数-最大应力曲线

3.8材料的缓冲系数-最大应力曲线

3.9材料的最大加速度-静应力曲线

3.9材料的最大加速度-静应力曲线

3.9材料的最大加速度-静应力曲线

求解产品跌落冲击时的最大加速度计算缓冲衬垫的面积和厚度3.9材料的最大加速度-静应力曲线思考题：有一包装件，产品质量m=15kg，用密度为0.035g/cm3的EPS制作了三个不同的衬垫，对该产品分别进行跌落冲击试验，这三个衬垫的厚度均为5cm，三个衬垫的面积分别为184、377、980cm2，试验时的跌落高度均为60cm，试求用这三种不同