蜂窝纸结构与性能的研究.docx

蜂窝纸结构与性能的研究学生姓名： 指导教师：（浙江科技学院轻工学院）摘 要：当前，包装领域大力提倡“以纸代塑，以纸代木”，蜂窝纸 板以其重量轻、用料少、成本低、强度高、缓冲性能好、吸音隔热、 便于回收利用的特点使这种绿色环保材料逐步成为一种新型的绿色 包装材料本文在对蜂窝纸板结构性能理论研究的基础上，不同于前人大多 用ANSYS软件进行有限元分析，而通过功能强大的建模仿真软件 Solidworks对蜂窝纸板建模仿真，并通过Solidworks插件 Simulation,对蜂窝芯的力学性能进行有限元分析因此，可在力学 参数方而获得史准确的数据，进一步验证前人理论公式的可行性 关键词：蜂窝纸；结构性能；建模仿真；有限元分析The Structure and Properties of the Honeycomb Paper ResearchStudent^ s name: Li Ehi Advisor: Zhiguo Zhang(School of Light Industry Zhejiang University of Science and Technology)Abstract: Currently,the packaging field energetically advocate n Paper instead of plastic, Paper instead of wood M .The honeycomb cardboard which is a green environmental protection material is gradually becoming a new type of green packaging materials,for its characteristics of light weight,materials less, low cost, high strength, good buffer performance , sound-absorbing, heat insolation, easily recycled. In this paper, on the basis of theoretical study of the honeycomb cardboard structure performance, use the powerful modeling simulation software—solidworks to modle the honeycomb paperboard and use the plug-ins一Simulation to do finite element analysis for the mechanical properties of the honeycomb core. As a result, obtain more accurate data in mechanical parameters and further validate feasibility of predecessors9 theoretical formula.Keywords: Honeycomb Paper; Structure and Properties ;Modeling Simulation Finite Element Analysis摘要 错误！未定义书签。

ABSTRACT 错误！未定义书签目录 错误！未定义书签1绪论 错误！未定义书签1. 1本课题研究背景 错误！未定义书签1.1.1蜂窝纸板发展概述 错误！未定义书签1.1.2蜂窝纸板的应用领域及存在问题 错误！未定义书签1.2国内外蜂窝纸板研究概况 错误！未定义书签1.3本课题研究内容和意义 未定义书签2蜂窝纸板结构与性能理论研究 错误！未定义书签2. 1结构理论 错误！未定义书签2.1.1各向同性夹芯夹层板理论 错误！未定义书签2.1.2正交各向界性理论 错误！未定义书签2.2影响蜂窝纸板性能的因素 错误！未定义书签2. 2.1原材料质量指标 错误！未定义书签2.3孔径比对平压强度的影响 错误！未定义书签3基于SOLIDWORKS的蜂窝纸有限元分析 13. 1 SOLIDWORKS SIMULATION 有限元分析步骤 13. 1. 1建立几何模型 13. 1.2创建一个算例 13. 1. 3指定材料 13. 1.3定义边界条件（约束和载荷） 23. 1.4划分网格 23. 1.5查看结果和评估 23.2材料参数和建模确定 23. 2. 1材料确定 23. 2.2建模尺寸和方案确定 33. 3单个蜂窝芯性能比较 43. 3. 1不同边长蜂窝芯比较 43. 3. 2不同高度的蜂窝芯比较 83. 3.3蜂窝芯边长与高度比的猜想 103. 3.4不同孔径比的蜂窝芯比较 104多个蜂窝芯有限元分析 144. 1确定絲窝芯有限元分析的个数 144.2最佳结构参数的研究 175结论与展望 错误！未定义书签。

致谢 错误!未定义书签参考文献 193基于Solidworks的蜂窝纸有限元分析3. 1 So I i dWorks Simulation 有限元分析步骤3.1.1建立几何模型在进行有限元分析之前，首先应对分析对象的形状、尺寸、工况条件、材料 类型、计算内容、应力和变形的大致规律等进行仔细分析只有正确掌握了分析 对象的具体特征，才能建立合理的有限元模型为了建立蜂窝纸板的承载模型， 首先要对纸板的结构加以简化蜂窝纸芯是用胶接法拉仲加工而成，由于胶接工 艺的需要，在平行于x方向的壁板为双层，在y方向为单层（正六边形的蝶窝纸芯 由4个单层壁板和2个双层壁板组成），在sw中建立模型时，要考虑到蜂'窝纸芯的 生产工艺要求，纸芯的壁厚不同因为蜂窝纸板的每一个六边型蜂窝都是由上下 两张纸粘结成的，所以它的各边壁厚不同，在设置它的儿何特性时要注意同吋 为了分析同一规格不同孔径比和不同规格的蜂窝纸芯的应力一应变情况，在sw 中分别建立了它们的几何模型并进行网格划分蜂窝纸板结构的单元实常数包括 面纸、芯纸的厚度，蜂窝夹芯六个面的厚度不全相同，有两个面为双层厚度，其余 四个面为单层厚度3. 1.2创建一个算例有限元模型的创建通常始于算例的定义 算例的定义即输入所需的分析类型 和相应的网格类型。

当定义一个算例后，SolidWorks Simulation会自动创建一个 算例文件夹及几个图标，使用图标文件夹来定义和指定材料属性，定义约束，创 建有限元网格冋3.1.3指定材料定义材料属性就是输入有限元分析时的材料本构关系，包括材料类型和参 SolidWorks Simulation自身带有材料库，本文所研究的纸蜂窝材料未列入材 料库中，因此要自定义材料的属性3. 1.3定义边界条件（约束和载荷）对于静态分析，模型必须被正确进行约束，使其无法移动，SolidWorks Simulation提供了各种夹具来约朿模型一般而言，夹具可以应用到模型的面、 边、顶点选择适合的夹具，完全限制了模型的空间运动，因此，该模型在没有 弹性变形的情况下是无法移动模型约束好之后，需要向模型施加外部载荷， SolidWorks Simulation提供了多种形式外部载荷形式以加载到模型上选择所需 载荷加载到模型3. 1.4划分网格网格处理是为数字化求解准备模型的过程，网格的质量控制着结果的质量 一般采用默认的中等密度网格设置，使离散误差保持在可接受的范围内，同吋使 计算吋间较短如有需要可自行修改网格设置，以保证分析。

在划分网格之后， 点击运行分析在分析运行吋，可以通过解算器窗口监视运算过程3.1.5查看结果和评估分析完成后，SolidWorks Simulation自动生成结果文件夹，以及在本章开头 定义的默认结果图解：应力，位移及应变3. 2材料参数和建模确定3.2. 1材料确定参考王冬梅I⑸的《原纸弹性模量测定方法》中原纸参数和浙江工业大学硕 士周林航在《蜂窝纸结构性能及纸芯拉伸技术的研究》中蜂窝芯纸参数以及刘跃 军、江太君、曾广胜、陈挺〔⑹在《不同蜂窝结构对蜂窝纸板力学性能的影响》 中所选原纸的参数，本文选择材料参数如下表3-1表3・1蜂窝芯纸材料参数类别悖度/mm定弹性模量E/MPa泊松比P密度 P /Kg/m3A组0.2920076000.34690B组0. 211234000.2785603.2.2建模尺寸和方案确定经查阅国家包装行业标准BB/TOO16-2006,孔径比i一般不小于0.6ll7J,蜂‘窝 边长在6到20mm之间，纸板厚度在5到40mm之间，再结合行业标准，因此设置 蜂窝芯边长在2mm到30mmZ间，高度在5mm到lOOmmZ间，孔径比在0.5到1.1 之间蜂窝芯纸结构是蜂窝纸板的核心组成部分，它决定了整个蜂窝纸板的力学性 能，也是蜂窝纸板结构研究的重点。

木文蜂窝纸板的有限元分析是通过蜂窝纸芯 的结构变化来研究其各性能的变化，得岀相应的结论在研究之前，做一试验， 蜂窝纸板表而是否耍加轻质薄木板（密度很小，质量忽略不计）取四个相同蜂 窝芯边长，蜂窝芯高度，孔径比，厚度分为四组，第一组单个蜂窝芯不加面纸表 面补加薄木板，第二组在第一组基础上表面加薄木板，第三组是单个蜂窝芯加面 纸表面不加薄木板，第四组在第三组基础上表面再加一块薄木板薄木板的参数 如表4・2表3・2木板的材料参数材料弹性模量E/MPa泊松比》密度 P /Kg/m3木板100000.30.0027将三者底面固定,顶面施加200Pa的压强其位移变化如图3・1、3-2> 3-3>3-4所示图3・1 一组位移变化 图3・2二组位移变化1 517t-0031 390e-003I 264t-0031 i37t-00l1. 011e-003t MGe-004T 5e3t-0046 319e-004S 055t-0043. 731e-004Z 528e-0041 264t-0041. 000e-0303 130e-004|1 00g・03d3. 130t-0042. »$<-0042.608旷 0042. 347e-0042. 08廿0041. 826x0041. 56叶0041. 304e-0041.043e-0047.825e-0055. 216t-0052.608e-0051.000e-030图3-3三组位移变化图3-4四组位移变化由图3・1、3-2. 3-3. 3・4看出，四者的形变皆有不同，在未加面纸和薄木板的聯窝芯的位移变化全在芯纸上，在没有面纸的蜂窝芯的表面加薄木板，薄板被 压的位移变化很大，芯纸形变和位移变化不明显。

而加有面纸，以及再加有薄木 板的蜂窝芯的芯纸形变儿乎不变，面纸形变和位移变化大众所周知，芯纸的结 构力学性能正是通过芯纸的形变、应力、位移等变化分析研究的，因此没必要在 芯纸上加面纸和薄木板从而得出，在蜂窝纸芯表面直接施加丿/K强对蜂窝芯进行研究3.3单个蜂窝芯性能比较3.3.1不同边长蜂窝芯比较取A组材料参数，孑L径比1,蜂窝高度10mm,厚度0.29mm边长分别为2mm,4mm, 6mm, 8mm, 10mm, 12mm, 14mm, 16mm, 18mm, 2。