考慮質量不均勻效應之氣囊式緩衝包裝系統試驗與數值模擬

Consideration of Eccentricity Effect on Air Cushion Bag Packaging System Using Experiment and Numerical Simulation

徐逸凡(Yi-Fan Hsu)

指導教授 ： 呂良正

國立臺灣大學/工學院/土木工程學研究所/碩士(2009年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2009.02750

摘要

產品物流運送過程中，都必須承受搬運輸送的風險，例如摔落、擠壓等，透過包裝系統可以減少物流期間外界輸入產品之衝擊力，避免損壞產品以保持原有的品質。由於在包裝系統各項評估試驗中，以落下所造成的衝擊最為劇烈，又一般傳統在預測分析時，皆將產品視為質量均勻物體，未考慮其偏心效應，故本研究以氣囊式緩衝包裝系統的偏心落下試驗，考慮質量不均勻效應以及加入能量損失的考量來進行數值模擬，用以評估緩衝包材之功效，取代傳統試誤法的包裝系統設計方式。
本文旨在透過試驗和數值模擬了解氣囊式緩衝包材在掉落測試實驗中的行為，並用以評估其包裝效果；同時考慮不同偏心量對緩衝包材行為的影響，考量偏心量與能量損失的關係，以利於數值模擬。文獻上對於包裝系統設計的相關研究大多忽略質量不均勻效應，以簡化數值分析，但本研究在試驗中發現質量不均勻效應對於落下過程中所受的最大加速度值有一定程度之影響，故本研究先將試驗結果整理歸納出偏心量與能量損失之關係，以此為基礎配合靜態評估曲線法、雙自由度或三自由度非線性彈簧系統與LS-DYNA有限元素軟體模擬預測落下結果。
此外，本研究運用高速攝影機拍攝觀察真實落下行為，配合加速度規的量測反推出真實行為下的應力－應變曲線，並另以高速衝擊試驗驗證反推的結果，最後證實氣囊式緩衝包裝材料是有應變率效應的，再以等價能量損失的觀念解釋應變率效應對於數值模擬上所造成的影響。
另一方面，對於實際產品而言，本文先以三磅秤量測實際物體的質心位置並計算其偏心量，再透過本研究的數值模擬方法，來預測實際產品在落下時的最大加速度值，進而與真實落下試驗結果作比較，驗證本文數值模擬方法之準確性。

關鍵字

氣囊 ； 緩衝包裝 ； 能量損失 ； 偏心量 ； 偏心落下試驗 ； 高速衝擊試驗

並列摘要

The products are bearing a lot of risks during transportation of logistaics. For example drop, compression etc., in order to keep product’s quality packaging system can reduce the impact force during the logistics. In general, we consider products as balanced-weight objects while we predict drop test results. But most of products are unbalanced-weight objects. Therefore, the drop test of air cushion bag packaging system in this research takes unbalanced-weight effect, namely eccentricity effect, and energy loss into account when using numerical simulation methods to predict the results.
The purpose of this research is to understand air cushion bag’s behavior during dropping by numerical simulation methods. Most literature on relevant research of packaging system neglect eccentricity effect to simplify analysis. But in this research it is saying that eccentricity effect has influence on maximum acceleration received from accelerometer. So this research generalizes experiment’s results to coordinate the relationship between eccentricity and energy loss first. Second, use energy method, two (three) degree of freedoms of nonlinear spring system and LS-DYNA FEM software to predict the results of drop test.
In addition, to verify that air cushion bag has strain rate effect, this research makes use of high speed camera cooperated with accelerometer through drop test, and high speed impulse test. On the other hand, as to real products, this research measures actual position of center of mass by three platform scales and calculates its eccentricity first. Then predict the results by numerical simulation methods and compare with experiment’s results.

並列關鍵字

air bag ； cushion package ； energy loss ； eccentricity ； eccentric drop test ； high speed impulse test

參考文獻

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