平壓單瓦鈣塑瓦楞紙板本構模型

1、平壓單瓦鈣塑瓦楞紙板本構模型平壓單瓦鈣塑瓦楞紙板本構模型高德1，2，馮軍1，盧富德1，王劍平2（1浙江大學寧波理工學院，浙江寧波，315100；2浙江大學生物系統(tǒng)工程與食品科學學院，浙江杭州，310029）摘要：摘要：為得到由紙面板和鈣塑瓦楞夾芯結構復合而成的鈣塑瓦楞紙板的力學行為，基于單瓦鈣塑瓦楞紙板平壓準靜態(tài)和碰撞沖擊試驗，得到并分析了鈣塑瓦楞紙板準靜態(tài)應力應變曲線及半正弦脈沖激勵下的應力應變曲線，結果表明鈣塑瓦楞紙板應力應變曲線呈

2、線彈性區(qū)域、波動式上升屈服區(qū)域和壓實區(qū)域；對比準靜態(tài)和動態(tài)應力應變曲線可知，鈣塑瓦楞結構幾乎不受應變率的影響，這是由于鈣塑瓦楞的材料特性決定的。根據測試數據的三個特征與考慮粘滯性的因素，建立了鈣塑瓦楞紙板的靜態(tài)、動態(tài)非線性本構關系，成功識別出模型中的參數。所用的碰撞沖擊試驗方法為表征緩沖材料的力學行為提供了一個新的方法，同時得到的動態(tài)模型可直接應用于考慮鈣塑瓦楞復合紙板箱緩沖作用的產品跌落沖擊響應與優(yōu)化設計。關鍵詞：關鍵詞：鈣塑瓦楞紙板

3、；碰撞沖擊試驗；本構模型StudyonconstitutivemodelofsinglewallcalciumplasticcompositecrugatedcardboardunderflatcompressionloadingsGaoDe1，2，FengJun1，LuFude1，WangJianping2（1NingboInstituteofTechnologyZhejiangUniversityZhejiangNingbo3151

4、00；2CollegeofBiosystemsEngineeringFoodScienceZhejiangUniversityHangzhou310029）AbstractAbstract：Toexplemechanicalperfmancesofthesingewallcalciumplasticstructuremadeoutoftwopaperfactsheetsacrugatedcalciumplasticswichstruct

5、urequasistaticstressstraincurvewasobtainedbyusinguniversaltestingmachinethendynamicstressstrainresponsewasreachedwhencompositecardboardsubjectedtohalfsineaccelerationspulseprovidedbyverticalimpactcollisiontester.Theexper

6、imentalstressstraincurvesshowthattheyexhibitlinearelasticregionuptoasmallerstrainthenreachextendedplasticyieldregimewhichmovesinafluctuationrisingtypefinallyfollowdensificationphase.Comparingthetwostressstraincurveatstat

7、icdynamicloadingstheeffectofstrainrateatthisspecificrangeonthecompressivebehavisisnotremarkablewhichisduetotheparticularacteristicsofcalciumplasticmaterials.Thephenomenologicalconstitutiverelationshipsofcalciumplasticstr

8、ucturewerepresentedbynonlinearmathematicalfunctionsverifiedagainsttheexperimentalresults.Verticalimpactcollisiontesterprovidesanewmethodfexaminingdynamicmechanicalbehavisofcushioningmaterialsunderexcitationofhalfsineacce

9、lerationpulsetheconstitutiverelationshipcanbeuseddirectlytodesignpackagingstructurewhenthecushioningeffectofpackagingcontainermadefromcalciumplasticcardboardisconsidered.KeywdKeywd：CalciumplasticCompositecrugatedcardboar

10、dVerticalimpactcollisiontesterConstitutivemodel1引言引言鈣塑瓦楞紙板是新型的包裝材料，它是用鈣塑瓦楞代替原牛皮紙瓦楞而得到的鈣塑瓦楞紙板，與傳統(tǒng)瓦楞紙板相比，具有如下優(yōu)點:防水、防潮、高強度、質輕耐用、尺寸穩(wěn)定、機械力學性能好等，可廣泛用于商品的運輸及儲藏包裝中。對于瓦楞紙板材料緩沖性能及其本構模型的研究，國內外學者主要研究工作有：1995年開始，Naganathan[12]研究了瓦楞紙板

11、尺寸、瓦楞紙板的內部氣體對多塊瓦楞紙板串聯緩沖性能的影響，瓦楞紙板在受到沖擊時，瓦楞內部的氣體對瓦楞紙板有作用，瓦楞紙板的尺寸大小對瓦楞紙板的動態(tài)緩沖性收稿日期收稿日期：20130000；基金項目：基金項目：國家“十二五”科技支撐項目資助(2012BAD32B02)作者簡介作者簡介：高德教授，主要從事生物質緩沖材料本構模型研究，Email:gaode63@(a)原理圖（b）實物圖（a）Schematicdiagram(b)Picture

12、ofrealproducts圖2垂直沖擊試驗臺Fig.2Verticalimpactcollisiontester3鈣塑瓦楞紙板的靜態(tài)和動態(tài)壓縮試驗及其模型鈣塑瓦楞紙板的靜態(tài)和動態(tài)壓縮試驗及其模型3.1鈣塑瓦楞紙板靜態(tài)平壓試驗鈣塑瓦楞紙板靜態(tài)平壓試驗鈣塑瓦楞紙板試件的楞型為C型，厚度為5mm，面積為64.5cm2按照ISO22331972標準進行處理，測試環(huán)境條件為23oC、相對濕度為50%。平壓速度為2mmmin直至試樣壓潰試驗重復5

13、次，得到靜態(tài)壓縮應力應變曲線如圖3中的虛線。圖3鈣塑瓦楞復合紙板靜態(tài)應力—應變曲線理論值與試驗值Fig.3StatictheyvalueexperimentalvalueofCalciumplasticcrugatedcardboardcomposite由圖3表明，鈣塑瓦楞紙板應力—應變曲線呈現波動上升趨勢，應變小于0.1時，呈線性關系；應變大于0.1且小于0.8，呈現波浪式上升行為，這一階段是瓦楞結構用于吸收能量的主要階段；應變大于0

14、.8，伴隨材料的壓實過程，應力急劇上升。參考文獻[711]本文提出鈣塑瓦楞紙板靜態(tài)平壓模型（1）)tan()tanh()sin(7654321?????aaaaaaa????式中：～為待識別參數。式中第二項的正弦函數用于表征應力應變曲線的波動行為。1a7a第三項雙曲正切函數用于表征應力應變曲線的塑性階段，第一項線性函數表示塑性階段線性增加，這兩項共同表征塑性階段的線性增加行為；由此前三項之和得到波浪式上升的屈服階段。另外雙曲正切函數的原