1、运运 输输 包包 装装 机电学院机电学院 卢杰卢杰运输运输包装包装Chapter Five 脆值理论脆值理论包装损坏模式与脆值的定义包装损坏模式与脆值的定义1 破损边界理论破损边界理论2振动脆值损坏边界理论振动脆值损坏边界理论3产品脆值的确定方法产品脆值的确定方法4运输运输包装包装包装损坏模式与脆值的定义包装损坏模式与脆值的定义v包装损坏模式包装损坏模式 从力学角度看，损坏模式：从力学角度看，损坏模式：（1 1）对于内装物）对于内装物 a.a.冲击过载损坏。冲击过载损坏。b.b.疲劳破坏。疲劳破坏。c.c.过度变形。过度变形。d.d.表面磨损。表面磨损。运输运输包装包装（2 2）对于包装）对于
2、包装 a.a.可能引起内装物损伤的任何包装变化。可能引起内装物损伤的任何包装变化。b.b.缓冲垫被撕裂，无法继续保持内装物处于正确的被缓冲垫被撕裂，无法继续保持内装物处于正确的被保护状态。保护状态。c.c.外包装破损，使内装物外露，或不能继续保护内装外包装破损，使内装物外露，或不能继续保护内装物。物。d.d.超过分销商再包装要求的装饰与结构损伤限制。超过分销商再包装要求的装饰与结构损伤限制。包装损坏模式与脆值的定义包装损坏模式与脆值的定义运输运输包装包装包装损坏模式与脆值的定义包装损坏模式与脆值的定义v脆值的定义脆值的定义 产品的脆值并非仅仅与产品的固有特性有关，而是具有产品的脆值并非仅仅与产
3、品的固有特性有关，而是具有统计意义的描述产品承受外界载荷后临界破损状态的一个度统计意义的描述产品承受外界载荷后临界破损状态的一个度量值，用于评价产品在流通环境下耐损坏的能力。量值，用于评价产品在流通环境下耐损坏的能力。产品的脆值产品的脆值产品不发生物理损坏或功能失效所承受的产品不发生物理损坏或功能失效所承受的最大加速度最大加速度AcAc与重力加速度与重力加速度g g的比值。的比值。GcGc=Ac/g=Ac/g 许用脆值许用脆值G=G=Gc/nGc/n n1 n n1 n是安全系数是安全系数 包装件跌落时，冲击传递到产品的最大加速度包装件跌落时，冲击传递到产品的最大加速度AmaxAmax除与跌除
4、与跌落高度有关外，还与缓冲包装结构和材料性能有关。落高度有关外，还与缓冲包装结构和材料性能有关。nGGgAGcmaxmax运输运输包装包装包装损坏模式与脆值的定义包装损坏模式与脆值的定义v传统的脆值理论传统的脆值理论 传统的概念是基于产品的破坏性跌落试验规定的，根据传统的概念是基于产品的破坏性跌落试验规定的，根据能量转换规律，从能量转换规律，从h h高处跌落到弹簧受压发生最大变形高处跌落到弹簧受压发生最大变形xmxm，产，产品具有的全部位能品具有的全部位能mghmgh将转化为弹簧的变形能将转化为弹簧的变形能(略去弹簧变形时略去弹簧变形时的位能变化的位能变化)，其大小等于产品克服弹簧反作用力所做
5、的，其大小等于产品克服弹簧反作用力所做的功，即：功，即：式中：式中：F(xF(x)作用在内装物上的弹簧反力；作用在内装物上的弹簧反力；(h+xmh+xm)相对于最大压缩位置的跌落高度，近似记相对于最大压缩位置的跌落高度，近似记h h；mxmdxxFxhmg0)()(运输运输包装包装包装损坏模式与脆值的定义包装损坏模式与脆值的定义运输运输包装包装包装损坏模式与脆值的定义包装损坏模式与脆值的定义由于弹簧是线性的，故有由于弹簧是线性的，故有F F（x)x)kxkx，代入上式得：，代入上式得：于是有：于是有：由牛顿第二定律，由牛顿第二定律，得加速度得加速度 令令 则：则：xmghxF/2)(2/2kx
6、mgh maxF)(xgha/2xhG/2Gga 运输运输包装包装包装损坏模式与脆值的定义包装损坏模式与脆值的定义内装物跌落时受到的冲击力与重量内装物跌落时受到的冲击力与重量W W的关系：的关系：产品承受冲力的大小等于产品自重产品承受冲力的大小等于产品自重W W和因素和因素G G的乘积。当的乘积。当F F超过产品所允许的极限时，产品便发生损坏或者失效。可见超过产品所允许的极限时，产品便发生损坏或者失效。可见G G是是表征产品反抗破损能力的唯一因素。包装工程中，把这个产品表征产品反抗破损能力的唯一因素。包装工程中，把这个产品不发生破损的最大加速度值叫不发生破损的最大加速度值叫脆值脆值GcGc。它
7、是由产品的材料的结。它是由产品的材料的结构特征所确定的，同外部环境因素无关。也就是说，对一个具构特征所确定的，同外部环境因素无关。也就是说，对一个具体产品来说体产品来说GcGc，是一个常数。，是一个常数。GWF 运输运输包装包装包装损坏模式与脆值的定义包装损坏模式与脆值的定义v恢复系数恢复系数 假定某物体自由跌落到水平固定地面上，冲击开始时速度假定某物体自由跌落到水平固定地面上，冲击开始时速度为为，由于受到固定面的冲击作用，速度逐渐减小，而物体的，由于受到固定面的冲击作用，速度逐渐减小，而物体的变形逐渐增大，直到速度减小到零，这时物体的变形达到最变形逐渐增大，直到速度减小到零，这时物体的变形达
8、到最大，此后，物体的弹性变形逐渐恢复，物体获得反向速度，这大，此后，物体的弹性变形逐渐恢复，物体获得反向速度，这叫物体的反弹，直到物体脱离开固定面的那一瞬时，物体的回叫物体的反弹，直到物体脱离开固定面的那一瞬时，物体的回弹速度记为弹速度记为 u u，这时冲击过程结束。，这时冲击过程结束。由此可见，冲击过程可分为两个阶段。由此可见，冲击过程可分为两个阶段。（1 1）变形阶段。物体的动能从最大逐渐减小到零，物体变）变形阶段。物体的动能从最大逐渐减小到零，物体变形从零逐渐增大至最大。以形从零逐渐增大至最大。以S1S1表示此阶段的冲量，由冲量定理表示此阶段的冲量，由冲量定理有：有：运输运输包装包装包装
9、损坏模式与脆值的定义包装损坏模式与脆值的定义（2 2）恢复阶段。物体的弹性逐渐恢复，动能从零逐渐增大，）恢复阶段。物体的弹性逐渐恢复，动能从零逐渐增大，以以S2S2表示此阶段的冲量，则由冲量定理有：表示此阶段的冲量，则由冲量定理有：于是可得：于是可得：由于冲击过程中伴随有发热、发声等物理现象，许多材料通由于冲击过程中伴随有发热、发声等物理现象，许多材料通过冲击后总保留或多或少的残余变形。因此，通常都伴有物过冲击后总保留或多或少的残余变形。因此，通常都伴有物体动能的损失，即冲击结束瞬时速度体动能的损失，即冲击结束瞬时速度u u往往小于冲击开始时往往小于冲击开始时的初速度的初速度，所以，所以u u
10、与与的比值不大于的比值不大于1 1，即：，即：运输运输包装包装包装损坏模式与脆值的定义包装损坏模式与脆值的定义令令 有有 e e即为即为“恢复系数恢复系数”，它表明冲击后速度恢复的程度，也，它表明冲击后速度恢复的程度，也表明了物体变形的程度。一般情况下表明了物体变形的程度。一般情况下e e的取值范围为：的取值范围为：0.3e0.5 0.3e0.5。恢复系数是通过实验测定的。测定方法是：将待测材料恢复系数是通过实验测定的。测定方法是：将待测材料制成小球和质量很大的平板，然后将平板水平地固定。把小制成小球和质量很大的平板，然后将平板水平地固定。把小球从离平板高度为球从离平板高度为h1h1处自由落下
11、，与水平固定平板冲击后回处自由落下，与水平固定平板冲击后回弹，记下回弹时所能达到的最大高度弹，记下回弹时所能达到的最大高度h2h2，于是：，于是：10vue运输运输包装包装包装损坏模式与脆值的定义包装损坏模式与脆值的定义根据根据e e值的大小，冲击可分为三类：值的大小，冲击可分为三类：（1 1）0e10e1时为弹性冲击。物体受冲击后有残余变时为弹性冲击。物体受冲击后有残余变形，动能有所损失。形，动能有所损失。（2 2）e=1e=1时称作完全弹性冲击。这是一种理想状况，时称作完全弹性冲击。这是一种理想状况，物体受冲击后，变形完全恢复，动能毫无损失。物体受冲击后，变形完全恢复，动能毫无损失。（3
12、3）非弹性冲击（塑性冲击），这种情况对应于）非弹性冲击（塑性冲击），这种情况对应于e e0 0，这是一种极限情形，即在冲击结束时，物体变形完全没，这是一种极限情形，即在冲击结束时，物体变形完全没有恢复，全部动能都损失了。有恢复，全部动能都损失了。运输运输包装包装包装损坏模式与脆值的定义包装损坏模式与脆值的定义v速度增量速度增量冲击开始时的初速度就是物体从冲击开始时的初速度就是物体从h h高自由跌落的末速度，即是高自由跌落的末速度，即是包装件与地面冲击后，往往发生回弹。如果已知恢复系数包装件与地面冲击后，往往发生回弹。如果已知恢复系数k k，则，则回弹速度可以表示为：回弹速度可以表示为：整个冲击
13、过程中总的速度增量整个冲击过程中总的速度增量定义为冲击开始瞬时的速度定义为冲击开始瞬时的速度（冲击速度（冲击速度）与冲击结束瞬）与冲击结束瞬时的速度（回弹速度时的速度（回弹速度u u）的绝对值）的绝对值之和。即：之和。即：或或 运输运输包装包装包装损坏模式与脆值的定义包装损坏模式与脆值的定义因为因为0e10e1，所以，所以 机械冲击时总速度增量可写成：机械冲击时总速度增量可写成：即速度增量在数值上冲击脉冲下的面积。即速度增量在数值上冲击脉冲下的面积。描述冲击脉冲可以用三个因素：描述冲击脉冲可以用三个因素：加速度幅值、冲击脉冲持续时间和速度增量。这三个因素并不加速度幅值、冲击脉冲持续时间和速度增
14、量。这三个因素并不完全独立。完全独立。运输运输包装包装破损边界理论破损边界理论v 冲击脉冲形状的影响冲击脉冲形状的影响 实验表明，产品的破损不仅取决于产品的最大加速度，实验表明，产品的破损不仅取决于产品的最大加速度，还还依赖于冲击持续时间和冲击过程中的速度增量。这三个参数并依赖于冲击持续时间和冲击过程中的速度增量。这三个参数并不独立，任意一个可由另两个参数确定。比如速度增量不独立，任意一个可由另两个参数确定。比如速度增量就就等于加速度一时间曲线下的面积。等于加速度一时间曲线下的面积。对无阻尼线弹性系统，产品的位移和加速度公式对无阻尼线弹性系统，产品的位移和加速度公式 式中：式中：运输运输包装包
15、装破损边界理论破损边界理论代入代入得：得：表明表明 依赖于依赖于GmGm和和。式中的。式中的 称为称为“形状参数形状参数”，记为记为ftft。代表的是以代表的是以为底，为底，mm为高的矩形面积。为高的矩形面积。半正弦波曲线下的面积自然小于此矩形面积，所以形状参数半正弦波曲线下的面积自然小于此矩形面积，所以形状参数 gkW222/运输运输包装包装破损边界理论破损边界理论对于三角形脉冲（或锯齿形脉冲对于三角形脉冲（或锯齿形脉冲)其形状参数其形状参数ft=1/2ft=1/2；对于矩形脉冲对于矩形脉冲 其形状参数其形状参数ftft1 1；运输运输包装包装破损边界理论破损边界理论对于梯形脉冲，由于不同梯
16、形的上下底宽不同，因此即使是对于梯形脉冲，由于不同梯形的上下底宽不同，因此即使是、GmGm相同的梯形，它们的相同的梯形，它们的也不完全相同，梯形脉冲是介也不完全相同，梯形脉冲是介于三角形脉冲和矩形脉冲之间的。三角形脉冲是上底趋于零的于三角形脉冲和矩形脉冲之间的。三角形脉冲是上底趋于零的梯形波，矩形脉冲是上下底相等的梯形波。所以梯形脉冲的形梯形波，矩形脉冲是上下底相等的梯形波。所以梯形脉冲的形状参数状参数ftft为：为：运输运输包装包装破损边界理论破损边界理论各种波形的最大冲击谱各种波形的最大冲击谱运输运输包装包装破损边界理论破损边界理论 由图可以看出：在产品可能承受各种不同波形的冲击脉冲时由图
17、可以看出：在产品可能承受各种不同波形的冲击脉冲时以矩形波冲击脉冲造成的危害最大。因此，在确定产品的易以矩形波冲击脉冲造成的危害最大。因此，在确定产品的易损度时，通常以矩形波脉作为试验和测试的基础。特别是损度时，通常以矩形波脉作为试验和测试的基础。特别是在产品的流通环境条件不甚明了的情况下，更是如此。这样在产品的流通环境条件不甚明了的情况下，更是如此。这样的评价结论虽然是保守了一些，但有利于包装设计的可靠的评价结论虽然是保守了一些，但有利于包装设计的可靠性。性。运输运输包装包装破损边界理论破损边界理论v 破损边界曲线破损边界曲线 从大量的冲击试验中发现，对同一产品作用冲击持续时从大量的冲击试验中
18、发现，对同一产品作用冲击持续时间不间不同的脉冲时，引起破损的加速度峰值并不相同。当速度增量同的脉冲时，引起破损的加速度峰值并不相同。当速度增量低于某个临界值低于某个临界值cc时，即使产品的最大加速度很大，也时，即使产品的最大加速度很大，也不会出现破损。也就是说，当不会出现破损。也就是说，当vvcc时，产品可以承受的加时，产品可以承受的加速度峰值大大减低。这说明产品破损实际上受两个边界条件约速度峰值大大减低。这说明产品破损实际上受两个边界条件约束。一个是最大加速度，一个是脉冲过程的速度变化量，其大束。一个是最大加速度，一个是脉冲过程的速度变化量，其大小等于脉冲加速度对时间的积分。小等于脉冲加速度
19、对时间的积分。运输运输包装包装破损边界理论破损边界理论运输运输包装包装破损边界理论破损边界理论 破损边界曲线是以加速度峰值为纵坐标，以速度增量为横坐破损边界曲线是以加速度峰值为纵坐标，以速度增量为横坐标的一条平面曲线。这条曲线是破损区和非破损区的分界线，标的一条平面曲线。这条曲线是破损区和非破损区的分界线，如图所示。破损区位于以下两个不等式同时成立的区域如图所示。破损区位于以下两个不等式同时成立的区域等号表示位于破损边界曲线上，属于临界点；非破损区为以下等号表示位于破损边界曲线上，属于临界点；非破损区为以下两个不等式之一，即：两个不等式之一，即：或者或者 只要速度增量足够小，小到临界速度以下，
20、则无论只要速度增量足够小，小到临界速度以下，则无论GmGm多大多大（哪怕大于（哪怕大于GcGc），也不会破损。），也不会破损。运输运输包装包装破损边界理论破损边界理论速度增量可以表示为速度增量可以表示为GmgGmg和形状参数的乘积，对于跌落冲击来和形状参数的乘积，对于跌落冲击来说，说，GmgGmg中的中的GmGm可表示为：可表示为：可见，速度增量大小与跌高可见，速度增量大小与跌高h h有关，且有关，且GmGm随随 减小而减小，速减小而减小，速度增量小时，跌高度增量小时，跌高h h可能很小，此时可能很小，此时GmGm也不会很大。如果产品的也不会很大。如果产品的刚度很大（刚度很大（k2k2特别大）
21、，特别大），GmGm可能会很大，但此时产品近乎于刚可能会很大，但此时产品近乎于刚性碰撞，冲击时间性碰撞，冲击时间 会极短，产品来不及响应，或会极短，产品来不及响应，或者说不会大。这时，即使产品没有缓冲包装，也不会破损。者说不会大。这时，即使产品没有缓冲包装，也不会破损。运输运输包装包装破损边界理论破损边界理论在在GmGmGcGc(即破损边界线下边即破损边界线下边)，即使有很大的速度增量（，即使有很大的速度增量（h h可能可能会很大），但由于作用在产品上的冲击力仍在产品强度范围内会很大），但由于作用在产品上的冲击力仍在产品强度范围内（体现在（体现在GmGmGcGc），所以产品也不会损坏。），所以
22、产品也不会损坏。确定边界曲线按以下步骤进行：确定边界曲线按以下步骤进行：（1 1）用冲击试验机进行试验，用冲击时间极短（一般为）用冲击试验机进行试验，用冲击时间极短（一般为2ms2ms）的脉冲。产品放在冲击台上，由一系列跌落高度进行冲击，先的脉冲。产品放在冲击台上，由一系列跌落高度进行冲击，先从较小的从较小的h h开始，逐次提高开始，逐次提高h h，直到产品破损。每一跌高的冲，直到产品破损。每一跌高的冲击，相当于图（击，相当于图（a a）上的一个点（）上的一个点（，GmGm）。对应于产品）。对应于产品破损那个跌高的点，图中用圆圈标示。在这一破损点之前的一破损那个跌高的点，图中用圆圈标示。在这一
23、破损点之前的一点，其相应的速度增量就是点，其相应的速度增量就是cc，过，过cc作一垂线。作一垂线。运输运输包装包装破损边界理论破损边界理论 （2 2）确定临界加速度）确定临界加速度GcGc=GcgGcg。将产品试件放在冲击台上，。将产品试件放在冲击台上，与试验（与试验（1 1）不同，现在是选择一个合适的跌高后就不再改变跌）不同，现在是选择一个合适的跌高后就不再改变跌高，以后每次跌落都是从这个跌高落下。这是因为跌高恒定高，以后每次跌落都是从这个跌高落下。这是因为跌高恒定，则，则就恒定，也就是在就恒定，也就是在不变的情况下逐次加大不变的情况下逐次加大GmGm，一，一直加大到产品开始破损的那个直加大
24、到产品开始破损的那个GmGm为止，反映在图（为止，反映在图（b b）上就是在）上就是在等于某常数的时垂线上自下而上的一系列试验点，出现破等于某常数的时垂线上自下而上的一系列试验点，出现破损的那一点仍用圆圈标示。以产品出现破损损的那一点仍用圆圈标示。以产品出现破损GmGm之前的一次试验之前的一次试验的加速度为的加速度为GcGc作水平线。作水平线。运输运输包装包装破损边界理论破损边界理论(3)(3)用光滑曲线连接前两步得到的垂直线和水平线。这段光滑曲用光滑曲线连接前两步得到的垂直线和水平线。这段光滑曲线的范围，位于线的范围，位于(c,2Gc)c,2Gc)和和(/2/2c,Gc)c,Gc)这两点之间
25、。这两点之间。由于一般产品在不同方向有不同冲击灵敏度，因此，通常对产由于一般产品在不同方向有不同冲击灵敏度，因此，通常对产品的每个方向上都要重复以上实验步骤。从而对每个冲击方向品的每个方向上都要重复以上实验步骤。从而对每个冲击方向都分别绘制一条破损边界曲线。比如正六面体的前、后、左、都分别绘制一条破损边界曲线。比如正六面体的前、后、左、上和下六个面可以画出六条边界曲线，如图所示。上和下六个面可以画出六条边界曲线，如图所示。运输运输包装包装 振动脆值损坏边界理论振动脆值损坏边界理论v振动脆值的概念振动脆值的概念 在振动条件下，产品常表现出另一种破损特性，即支座在振动条件下，产品常表现出另一种破损
26、特性，即支座激励条件下的振动特性。激励条件下的振动特性。运输运输包装包装振动脆值损坏边界理论振动脆值损坏边界理论 曲线说明：在激振频率极低时，响应加速度与输入加速度曲线说明：在激振频率极低时，响应加速度与输入加速度相同；在激振频率极高时，响应加速度比输入加速度小得多，相同；在激振频率极高时，响应加速度比输入加速度小得多，当包装产品的固有频率当包装产品的固有频率fnfn等于激振频率等于激振频率f0f0时，产品的加速度时，产品的加速度达到最大值；当这种加速度超过产品结构所允许的极限时，达到最大值；当这种加速度超过产品结构所允许的极限时，产品同样发生破损。这说明，产品同样发生破损。这说明，产品的脆值
27、（振动脆值）除了产品的脆值（振动脆值）除了冲击强度这一因素以外，还取决于它本身的固有频率冲击强度这一因素以外，还取决于它本身的固有频率(质量和质量和刚度刚度)。在包装结构设计中，要尽可能地避免包装产品系统的在包装结构设计中，要尽可能地避免包装产品系统的固有频率同流通环境可能产生的激振频率相重合。固有频率同流通环境可能产生的激振频率相重合。运输运输包装包装振动脆值损坏边界理论振动脆值损坏边界理论 然而，正如前面损坏模式提到的，还存在振动疲劳然而，正如前面损坏模式提到的，还存在振动疲劳损坏模式，其振动加速度峰值低于冲击脆值，但长期振动损坏模式，其振动加速度峰值低于冲击脆值，但长期振动产生的交变应力
28、导致产品某些材料的微裂纹扩展，积累到产生的交变应力导致产品某些材料的微裂纹扩展，积累到某个极限值，同样会造成产品损坏。某个极限值，同样会造成产品损坏。根据产品疲劳损坏理论，可以通过试验或计算，求根据产品疲劳损坏理论，可以通过试验或计算，求得产品关键件达到积累损坏时的与振动加速度有关的交变得产品关键件达到积累损坏时的与振动加速度有关的交变应力总循环数应力总循环数N N。可以把振动的这个最大加速度幅值与重。可以把振动的这个最大加速度幅值与重力加速度之比称为产品的振动脆值力加速度之比称为产品的振动脆值GzGz，它与振动循环次数，它与振动循环次数N N的关系曲线是一条关于产品关键件是否发生振动疲劳损的
29、关系曲线是一条关于产品关键件是否发生振动疲劳损坏的极限线，称为坏的极限线，称为振动损坏边界曲线振动损坏边界曲线。运输运输包装包装产品脆值的确定方法产品脆值的确定方法v冲击脆值的确定方法冲击脆值的确定方法 一、脆值试验法一、脆值试验法 (1)(1)冲击试验机测定产品脆值冲击试验机测定产品脆值 a.a.选择与被测产品重量相当的配重（模拟）件，并将选择与被测产品重量相当的配重（模拟）件，并将其固定于冲击台上。调整冲击机的加速度，对被测产品的其固定于冲击台上。调整冲击机的加速度，对被测产品的脆值范围作一粗略估计，注意：第一次试验的加速度应比脆值范围作一粗略估计，注意：第一次试验的加速度应比该产品的实际
30、脆值为小，以防止产品作第一次试验时就损该产品的实际脆值为小，以防止产品作第一次试验时就损坏，然后调整好试验加速度值。坏，然后调整好试验加速度值。运输运输包装包装产品脆值的确定方法产品脆值的确定方法 b.b.进行临界速度冲击试验。试验台升到使冲击脉冲产生进行临界速度冲击试验。试验台升到使冲击脉冲产生低于产品预期临界加速度的速度变化。低于产品预期临界加速度的速度变化。c.c.进行临界加速度冲击试验。进行临界加速度冲击试验。d.d.绘制破损边界曲线。绘制破损边界曲线。e.e.改变冲击脉冲波形，可以得到不同冲击脉冲下的破损改变冲击脉冲波形，可以得到不同冲击脉冲下的破损边界曲线。边界曲线。f.f.改变试
31、验样品的跌落冲击方向，得到不同的破损边界改变试验样品的跌落冲击方向，得到不同的破损边界曲线。曲线。运输运输包装包装产品脆值的确定方法产品脆值的确定方法 (2)(2)自由跌落试验法自由跌落试验法 采用此法试验时，跌落试验设备须满足下列条件：跌采用此法试验时，跌落试验设备须满足下列条件：跌落高度能任意且容易调整，最大跌落高度为落高度能任意且容易调整，最大跌落高度为1500mm1500mm；要求；要求冲击面为坚硬平整的水平平面，其质量至少为被试样品质量冲击面为坚硬平整的水平平面，其质量至少为被试样品质量的的5050倍；试验样品能完全不受妨碍地自由跌落；便于对倍；试验样品能完全不受妨碍地自由跌落；便于
32、对试验样品操纵和起吊。试验样品操纵和起吊。运输运输包装包装产品脆值的确定方法产品脆值的确定方法具体测试步骤如下：具体测试步骤如下：（1 1）选择一组厚度可以逐步减小的衬垫，保证产品在）选择一组厚度可以逐步减小的衬垫，保证产品在第一次跌落时产品不致损坏，把被测产品置于包装衬垫中，第一次跌落时产品不致损坏，把被测产品置于包装衬垫中，并把加速度计固定在产品表面上。并把加速度计固定在产品表面上。（2 2）将该包装件从规定的高度自由跌落，分别对）将该包装件从规定的高度自由跌落，分别对6 6个面个面进行跌落，记录每次跌落的冲击加速度。每一高度、每个进行跌落，记录每次跌落的冲击加速度。每一高度、每个面至少跌
33、落两次。但对不允许倒置的产品，则按其正常摆面至少跌落两次。但对不允许倒置的产品，则按其正常摆放位置，对每一跌落高度进行不少于放位置，对每一跌落高度进行不少于6 6次的试验。次的试验。（3 3）每做完一次试验后，经检查确认产品并未损坏时，）每做完一次试验后，经检查确认产品并未损坏时，逐步减小衬垫厚度，重复步骤逐步减小衬垫厚度，重复步骤2 2，直至产品损坏为止。，直至产品损坏为止。运输运输包装包装产品脆值的确定方法产品脆值的确定方法v冲击脆值的确定方法冲击脆值的确定方法 二、估算法二、估算法 (1)(1)振动模型估算法振动模型估算法 当包装件被简化为一个线形单自由度进行分析时，产品受当包装件被简化
34、为一个线形单自由度进行分析时，产品受到冲击后的响应是简谐振动，其固有频率到冲击后的响应是简谐振动，其固有频率fn为：为：对于无阻尼线形弹性系统，包装件在高度为对于无阻尼线形弹性系统，包装件在高度为h的位置向下的位置向下跌落，其具有的势能与跌落到地面产生的最大变形时的变形跌落，其具有的势能与跌落到地面产生的最大变形时的变形能相等，即：能相等，即：mkfn21221kxmgh 运输运输包装包装产品脆值的确定方法产品脆值的确定方法 包装件碰撞地面瞬间的最大加速度包装件碰撞地面瞬间的最大加速度a a产生的动载荷产生的动载荷mama应与应与弹性反力弹性反力kxkx平衡，可得：平衡，可得：对于已知的包装件
35、，即已知质量对于已知的包装件，即已知质量m m（或重量（或重量W W）和弹性）和弹性k k，跌落高度跌落高度h h和冲击加速度和冲击加速度GmGm成线性比例关系，以成线性比例关系，以H-GH-G为坐标，为坐标，对不同的频率对不同的频率fnfn取值，可以作出图示曲线。利用这组曲线，取值，可以作出图示曲线。利用这组曲线，可以根据破损事故的跌落高度，评定该产品允许的最大加速可以根据破损事故的跌落高度，评定该产品允许的最大加速度度脆值。脆值。ghfxhgaGn222运输运输包装包装产品脆值的确定方法产品脆值的确定方法 例如，已知一包装件的固例如，已知一包装件的固 有频率有频率fnfn2020，则可以从
36、，则可以从 对应的曲线中查得：跌落对应的曲线中查得：跌落 高度为高度为80cm80cm时，加速度为时，加速度为 50g 50g；跌落高度为；跌落高度为90cm90cm 时，加速度为时，加速度为55g55g。运输运输包装包装产品脆值的确定方法产品脆值的确定方法 二、估算法二、估算法 (2)(2)非线形缓冲包装系统估算法非线形缓冲包装系统估算法 根据振动理论和振动测试的结论，跌落高度和脉冲波形、根据振动理论和振动测试的结论，跌落高度和脉冲波形、脉冲作用时间保持着一定的函数关系。以半正弦波为例，其脉冲作用时间保持着一定的函数关系。以半正弦波为例，其函数关系为：函数关系为：20325.0htG运输运输
37、包装包装产品脆值的确定方法产品脆值的确定方法 二、估算法二、估算法 (3)(3)经验估算法经验估算法 通过对包装件在流通环境中的实测的大量现场数据的数通过对包装件在流通环境中的实测的大量现场数据的数理统计分析，估算产品脆值如下：理统计分析，估算产品脆值如下：GcGc包装件经受到的最大加速度（包装件经受到的最大加速度（g g）W W包装件的重量（包装件的重量（Kg)Kg)、经验参数经验参数 wGc运输运输包装包装产品脆值的确定方法产品脆值的确定方法 二、估算法二、估算法 (4)(4)类比法类比法 对于所考虑的产品脆值，必须进行综合分析，尽对于所考虑的产品脆值，必须进行综合分析，尽可能选取结构、质
38、量和尺寸均接近产品的脆值作为可能选取结构、质量和尺寸均接近产品的脆值作为参考依据，而且要取下限值。参考依据，而且要取下限值。（5 5）冲击响应谱法）冲击响应谱法 运输运输包装包装产品脆值的确定方法产品脆值的确定方法v振动脆值的确定方法振动脆值的确定方法 一、扫频振动试验法一、扫频振动试验法 二、疲劳曲线反求法二、疲劳曲线反求法 如果已知易损件材料的应力疲劳曲线如果已知易损件材料的应力疲劳曲线 其中其中s s为疲劳应力，为疲劳应力，b b、c c为试验常数，则质量为为试验常数，则质量为m m，面积为，面积为A A的易损件在被激励的加速度的易损件在被激励的加速度a=a=GgGg作用下产生的动应力作用下产生的动应力ma=ma=mGgmGg=SA=SA。于是得到这时的振动边界曲线关系式：。于是得到这时的振动边界曲线关系式：三、随机振动试验法三、随机振动试验法 CNSbmgANCmgSAGb/)/(/1
