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西安理工大学学报 Journal of Xi' an University of Technology(2011)Vol.27No.1
文章编号:10064710(2011)01-010205
塑料周转箱结构与力学性能研究
武丽丽,黄颖为
(西安理工大学印刷包装工程学院,陜西西安710048)
摘要:运用3D绘图软件Pro/E,建立了塑料周转箱的三维实体模型,应用CAE软件 ANSYS对周转
箱的结构进行有限元分析,分别求出各结构因素对周转箱力学性能的影响,进而确定出最优結构
尺寸。
关键词: ANSYS;塑料周转箱;有限元分析
中图分类号:TB482.2
文献标志码
Research on Structural Design and Mechanics of Plastic Container
WU Lili, HUANG Yingwei
Faculty of Printing and Packaging Engineering, Xi an University of Technology, Xi 710048, China)
Abstract The 3D drawing software Pro/E is used to establish the 3 D solid model for the plastic contain
er. Also, CAE software ANSYS is employed to carry out the finite element analysis of plastic container
structure. Meanwhile the effects of factors of each structure upon the mechanical properties of plastic con
tainer are obtained, whereby the optimal structural sizes are determined
Key words: ANSYS: plastic container: finite element analysi
目前国内外对周转箱的结构设计一般是由经
验得出的尺寸标准和范围确定的,通过试验发现问
建立有限元模型及求解
题再对设计方案加以改进。一般来说,产品的尺寸1.1几何模型的建立
及相关结构要素的组合对产品的力学安全性的影
本文研究的对象为某塑料制品厂用塑料垃圾
响最大,传统的方法并不能确定它们的影响情况。生产的果蔬周转箱。结构参数为:长44mm,宽
因此,采用有限元分析法对产品进行强度、刚度检300m,高240m,壁厚2m。由于周转箱结构比
验,估算承载能力及对产品的设计进行优化是必要较复杂,同时在分析过程中需要不断修改尺寸,因
的,也是有效的。本文运用Po/E2.0软件建立了此首先在PoE里建模,再导入 ANSYS中进行网格
塑料周转箱的3D实体模型,应用 ANSYS对箱体的划分。周转箱模型如图1所示。
结构进行有限元分析,得出各结构因素对周转箱强1.2确定单元类型
度的影响,为周转箱的改进设计提供依据。
本文选用 Solide92单元。 Solid92是3维10节点
塑料周转箱的结构比较复杂,使得模型的建
四面体结构实体,具有二次位移,适用于模拟不规
立、求解和分析大都比较困难,因此在讨论结构强则网格(停如由各种各样的CAD/CAM系统产生)。
度影响因素的时候可以对模型适当简化,其他条件
相同,讨论其中一个参数如高度、长宽比、厚度等对元素由10个节点定义,每个节点3个自由度:x、
其应力分布的影响,得到周转箱的力学特性和参数
、x方向。具有塑性、膨胀及应力强化、大变形、大
最优值,完成周转箱改进设计。
应变能力2。
收稿日期:2010-11-08
基金项目:陕西省教育厅专项基金资助项目(09JK620)。
作者简介:武丽丽(1986-),女,河南焦作人,硕士。E-mail:crystal2lily(@163.com。
黄颖为(1962-),女,陕西周至人,教授,研究方向为包装印刷质量控制与防伪。F-mail:huangywl2@163.com
武丽丽等:塑料周转箱结构与力学性能研究
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诗学市,以
?1塑料周转箱3D模型
图3塑料周转箱变形图
Fig. I Plastic container 31) model
Fig3 Plastic container deformation figure
1.3添加材料常数
箱主要受到的是堆码载荷。为简化求解,假定为上
通过试验测得材料的性能参数为:弹性模量表面均匀分布的静压力(受力变形图见图3)。分析
E=1.1GPa,泊松比以=0.25,材料密度p=0.9前先使用抗压试验机对周转箱进行抗压试验,测得
g/m2,许用应力[o],=13.5MPa
周转箱的屈服载荷和正常载荷下的最大变形量,根
1.4划分网格
据试验结果,周转箱达到屈服时承受的极限压力P
本文采用智能网格划分工具“ Smartsize”。在很为0.5MPa,变形量约为7.8mm。周转箱正常堆码
多情况下,使用 Smartsize更有利于在网格生成过程载荷P2为0.15MPa,变形量为2.4mm。考虑周转
中生成形状合理的单元。 Smartsize通过网格划分水箱堆码实际情况,周转箱的底面四边为全约束。
平值(从1到10)来控制网格划分大小,网格划分精
基本假设及说明:①材料各项同性;②不考虑
度直接决定分析结果的好坏,综合考虑计算精度和在受载过程中温湿度政变对材料性能指标的影响
计算机运算速度,确定精度为6,最终得网格节点为③材料变形发生在弹塑性范围内;④有限元分析中
615915个,单元为282727个。网格划分模型如图采用的屈服准则为等效应力屈服准则,等效应力为
2所示。
o。当实际应力的等效应力超过材料屈服应力时
发生屈服,发生屈服后塑性应变发展的方向垂直于
屈服面,遵循相关流动准则。强化准则为各向同性
强化准则3。
1.求解及后处理
分别在极限载荷P和正常堆码载荷P2下对周
转箱进行有限元分析。通过分析得到塑料在两种
载荷下的 Von Mises应力云图(图4、图5)。
SMX=.139E+08
∥m
图2周转箱网格划分模型
Fig 2 Plastic container mesh model
1.5施加载荷及约束
载荷可以施加在实体模型上,或者直接施加于
有限元模型上,从有限元理论可知,最终进行计算
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771E.H(了
的载荷必须是施加于有限元模型上的载荷,所以
ANSYS将自动把施加在实体模型上的载荷转换为
图4P1 Von Mises应力云图
有限元模型上后再进行求解。根据实际情况,周转
Fig 4 P Von Mises stress contours