唐 杰，肖生苓，王全亮，陸新宗，李 燦

（東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040）

ANSYS軟件在紙漿模塑包裝制品力學(xué)分析中的應(yīng)用

唐 杰，肖生苓，王全亮，陸新宗，李 燦

（東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040）

結(jié)合紙漿模塑包裝制品的特點(diǎn)，綜述有限元ANSYS軟件在紙漿模塑包裝制品靜態(tài)分析與動(dòng)態(tài)分析兩大方面中的應(yīng)用。在靜態(tài)方面，對(duì)有限元ANSYS軟件在紙漿模塑包裝制品（不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型、不同成型參數(shù)以及不同成型工藝）力學(xué)分析方面的應(yīng)用進(jìn)行了闡述；在動(dòng)態(tài)方面，詳細(xì)介紹了瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析與隨機(jī)振動(dòng)分析在紙漿模塑包裝制品力學(xué)方面的應(yīng)用。最后對(duì)ANSYS軟件在紙漿模塑包裝制品分析中的不足做出改進(jìn)，指出在保證紙漿模塑制品模型尺寸、形狀、剛度等不發(fā)生明顯變化的情況下，通過(guò)簡(jiǎn)化模型，降低計(jì)算工作量；在UG中實(shí)現(xiàn)實(shí)體模型的建立、有限元模型的生成和材料屬性的設(shè)置等相關(guān)操作，并將生成的解算文件導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行解算分析，以解決ANSYS中有限元模型生成困難的問(wèn)題，以及需要對(duì)ANSYS軟件建模功能進(jìn)一步優(yōu)化處理，使其運(yùn)算結(jié)果更加精確、合理，為縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期與降低成本奠定理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。

ANSYS軟件；紙漿模塑包裝制品；力學(xué)分析；靜態(tài)分析；動(dòng)態(tài)分析

1 引言

紙漿模塑包裝制品是用于包容和限制被包裝物的固體容器，是近幾年發(fā)展迅猛的新型包裝材料，是實(shí)木包裝材料和EPS泡沫塑料的優(yōu)良替代品。紙漿模塑包裝制品具有質(zhì)輕、緩沖、原料來(lái)源廣泛、可回收再利用等優(yōu)點(diǎn)。然而，紙漿模塑包裝制品的緩沖機(jī)理與傳統(tǒng)的緩沖材料存在較大差異，人們對(duì)于其緩沖特性的了解尚不夠深入，這些原因?qū)е铝思垵{模塑制品的緩沖包裝設(shè)計(jì)缺乏必要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論指導(dǎo)，制備工藝和模具等都要在生產(chǎn)實(shí)踐中經(jīng)過(guò)若干次的摸索、調(diào)整，才能滿足被包裝物對(duì)模塑制品質(zhì)量和性能的要求。設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，成本高，甚至可能對(duì)環(huán)境以及科研人員的安全造成危害，嚴(yán)重制約了紙漿模塑行業(yè)的發(fā)展[1-3]。近年來(lái)，隨著數(shù)值計(jì)算技術(shù)的提升與塑性成形理論的發(fā)展，使得生產(chǎn)前對(duì)成形過(guò)程進(jìn)行數(shù)值仿真模擬成為可能，達(dá)到了降低產(chǎn)品成本與縮短研發(fā)周期的目的[4]。有限元ANSYS分析軟件是融合結(jié)構(gòu)、熱、聲場(chǎng)、流體以及電磁場(chǎng)分析于一體的大型通用軟件，由美國(guó)ANSYS軟件公司開(kāi)發(fā)。經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，ANSYS軟件已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，由早期只提供熱分析及線性結(jié)構(gòu)分析功能，到如今其分析功能已覆蓋了自然界四大場(chǎng)：應(yīng)變場(chǎng)、溫度場(chǎng)、流場(chǎng)和電磁場(chǎng)，應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋工程材料、橋梁和電子產(chǎn)品等行業(yè)。ANSYS軟件能與多個(gè)CAD軟件進(jìn)行對(duì)接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換，如Pro/Engineer、AutoCAD和UG等，同時(shí)它也具有功能強(qiáng)大的解算功能，是目前國(guó)際上最流行的有限元分析軟件之一[5]。

2 ANSYS軟件在紙漿模塑包裝產(chǎn)品靜態(tài)分析中的應(yīng)用

靜力分析是用來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)在穩(wěn)態(tài)載荷作用下引起的位移、應(yīng)變、應(yīng)力和力，不考慮慣性和阻尼效應(yīng)的影響，但可以包含穩(wěn)定的慣性力，以及能夠?qū)㈦S時(shí)間變化的載荷等效為靜態(tài)載荷。靜力分析又可分為線性靜力分析和非線性靜力分析[6]。其中非線性靜力分析包含所有類(lèi)型的非線性特征，如材料非線性、蠕變、塑性、接觸單元和大變形等。紙漿模塑包裝材料屬于彈粘塑性材料，當(dāng)前針對(duì)紙漿模塑包裝制品，運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)力學(xué)分析，主要有以下幾個(gè)方面：

2.1 ANSYS軟件在不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型模塑包裝制品靜態(tài)力學(xué)分析中的應(yīng)用

紙漿模塑包裝制品的緩沖性能通常是通過(guò)各個(gè)結(jié)構(gòu)的變形和破壞來(lái)表征的，其主要作用在于，延長(zhǎng)激勵(lì)力作用時(shí)間以降低物品的最大作用力以及通過(guò)自身的變形最大限度地消耗或儲(chǔ)備外界傳入的能量[7]。盡管紙漿模塑制品的結(jié)構(gòu)形式多樣，但歸結(jié)為單元結(jié)構(gòu)，通常只有圓臺(tái)狀、四棱臺(tái)狀、肋狀和椅狀四種結(jié)構(gòu)。張業(yè)鵬[8]利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)紙漿模塑桶型、立方體型和臺(tái)階型這三種典型單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)壓縮仿真分析，得到不同尺寸下的載荷-應(yīng)變曲線，分析了紙漿模塑典型單元結(jié)構(gòu)的受力變形情況，當(dāng)紙漿模塑典型單元結(jié)構(gòu)的彈性載荷小于最大載荷的80%時(shí)，緩沖單元結(jié)構(gòu)將發(fā)生彈性變形，得出此時(shí)結(jié)構(gòu)具有較好彈性的結(jié)論。Gurav S.P.等[9]對(duì)紙漿模塑材料進(jìn)行拉伸和壓縮測(cè)試，得到了紙漿模塑材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并通過(guò)試驗(yàn)獲得了紙漿模塑制品的肋狀結(jié)構(gòu)單元的緩沖性能，運(yùn)用有限元方法分析，得到了制品的厚度和厚度分布，緩沖單元結(jié)構(gòu)和緩沖單元間距對(duì)制品力學(xué)性能的影響。田羽[10]針對(duì)紙漿模塑包裝制品塔狀結(jié)構(gòu)，運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)壓縮分析，獲得載荷-時(shí)間曲線，得出結(jié)構(gòu)在承受載荷過(guò)程中起到重要的作用。

2.2 ANSYS軟件在不同成型參數(shù)模塑包裝制品靜態(tài)力學(xué)分析中的應(yīng)用

不同的成型參數(shù)，如幾何斜度、緩沖高度、紙漿模塑制品厚度和接觸邊長(zhǎng)等，對(duì)紙漿模塑包裝制品性能產(chǎn)生不同的影響。張業(yè)鵬和王章蘋(píng)[11]等針對(duì)紙漿模塑制品結(jié)構(gòu)與緩沖能力，采用ANSYS軟件對(duì)紙漿模塑制品幾何斜度、抗壓強(qiáng)度、接觸邊長(zhǎng)、紙漿模塑制品厚度和緩沖高度等進(jìn)行了有限元分析，并對(duì)各參數(shù)間的相互影響進(jìn)行了優(yōu)化組合，指出材料厚度對(duì)紙漿模塑制品的緩沖能力影響很大。曹世普[12]等以實(shí)驗(yàn)測(cè)定的紙漿模塑材料拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線為基礎(chǔ)，對(duì)影響紙漿模塑制品緩沖能力的各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行有限元分析，得出紙漿模塑制品各結(jié)構(gòu)參數(shù)與緩沖能力之間的關(guān)系曲線，為紙漿模塑的力學(xué)研究提供相應(yīng)的理論基礎(chǔ)。張新昌[13]等通過(guò)對(duì)五種不同單元參數(shù)的紙漿模塑圓臺(tái)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析仿真，得出單元厚度與單元半徑是影響單元結(jié)構(gòu)承載能力的主要因素。在施加等量載荷的情況下，單元厚度越大、半徑越小，內(nèi)部應(yīng)力就越小，結(jié)構(gòu)就越穩(wěn)定。

2.3 ANSYS軟件在不同成型工藝模塑包裝制品靜態(tài)力學(xué)分析中的應(yīng)用

除了以上兩種因素對(duì)紙漿模塑包裝制品緩沖性能存在影響外，紙漿模塑成型工藝對(duì)紙漿模塑包裝制品緩沖性能的影響也是不可忽略的。脫模角度、高度，熱壓整形壓力大小等因素的不同，影響著紙漿模塑包裝制品的性能。WANG Zhang-ping等[14]運(yùn)用ANSYS分析軟件對(duì)不同脫模角度、高度和厚度的紙漿模塑桶裝置進(jìn)行靜態(tài)壓縮模擬試驗(yàn)，成功獲得了不同條件下，紙漿模塑桶裝置緩沖性能的相關(guān)參數(shù)。鐘毓寧[15]等通過(guò)ANSYS分析軟件對(duì)1-13°不同脫模角度的紙漿模塑肋狀單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)分析，得出不同的脫模角度將對(duì)單元的抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生不同的影響，并通過(guò)分析得到當(dāng)脫模角度為4°時(shí)，模型的抗壓強(qiáng)度最大。

綜上所述，目前運(yùn)用ANSYS軟件在模塑產(chǎn)品靜態(tài)力學(xué)性能上的研究較多，內(nèi)容也比較豐富，為紙漿模塑包裝制品相關(guān)理論的構(gòu)建提供了基礎(chǔ)。

3 ANSYS軟件在紙漿模塑包裝制品動(dòng)態(tài)分析中的應(yīng)用

動(dòng)態(tài)分析是產(chǎn)品分析中的一個(gè)十分重要的過(guò)程，它能反映產(chǎn)品在實(shí)際動(dòng)態(tài)過(guò)程中所處的情況。對(duì)紙漿模塑包裝制品進(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)分析具有更重要的實(shí)際意義，為被包裝產(chǎn)品的防護(hù)與安全、紙漿模塑制品的開(kāi)發(fā)利用提供相應(yīng)的理論依據(jù)。

3.1 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析

瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析也稱(chēng)時(shí)間歷程分析，是確定承受任意隨時(shí)間變化載荷結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的一種技術(shù)[6]。在產(chǎn)品搬運(yùn)儲(chǔ)存過(guò)程中，大部分產(chǎn)品的損壞都來(lái)源于跌落碰撞，針對(duì)這類(lèi)損壞所做的質(zhì)量試驗(yàn)，往往需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和高額的成本，其中最常見(jiàn)的試驗(yàn)是跌落沖擊試驗(yàn)，這種方法可靠，但同時(shí)也存在很多不足之處，主要表現(xiàn)在：跌落沖擊試驗(yàn)一般只能獲得試驗(yàn)結(jié)果，很難觀察到產(chǎn)品發(fā)生破壞的原因；跌落沖擊試驗(yàn)發(fā)生的歷程短，難以觀察到產(chǎn)品在試驗(yàn)過(guò)程中的現(xiàn)象；跌落沖擊試驗(yàn)測(cè)試的條件難以控制，使得試驗(yàn)重復(fù)性較差；跌落沖擊試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中需要耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，增加了產(chǎn)品研發(fā)成本；跌落沖擊試驗(yàn)時(shí)對(duì)產(chǎn)品的內(nèi)部特征和現(xiàn)象難以觀察到。

在產(chǎn)品初期設(shè)計(jì)時(shí)，利用ANSYS/LS-DYNA軟件對(duì)試驗(yàn)條件進(jìn)行相關(guān)的模擬仿真，能有效解決以上問(wèn)題。相較于傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法，采用ANSYS/LS-DYNA軟件進(jìn)行虛擬仿真邊界條件方便控制，仿真具有可重復(fù)性；可直觀、動(dòng)態(tài)地觀察整個(gè)跌落碰撞過(guò)程中各物理量的變化；可具體形象地觀察產(chǎn)品的內(nèi)、外部特征和現(xiàn)象；減少試驗(yàn)次數(shù)和降低試驗(yàn)成本；設(shè)計(jì)初期進(jìn)行模擬可及早了解產(chǎn)品的特性，減少問(wèn)題的發(fā)生[16]。

基于以上優(yōu)勢(shì)，目前ANSYS/LS-DYNA軟件在產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程中應(yīng)用的很普遍，主要從結(jié)構(gòu)、跌落高度和跌落方式三個(gè)方面進(jìn)行分析研究。

3.1.1 ANSYS軟件在不同結(jié)構(gòu)模塑包裝制品瞬態(tài)力學(xué)分析中的應(yīng)用。不同結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品的防護(hù)能力不同，良好的結(jié)構(gòu)不僅能保護(hù)好產(chǎn)品在物流過(guò)程中不受損傷還能減少材料的使用，降低生產(chǎn)成本。根據(jù)邊界破損理論，結(jié)構(gòu)的破損主要受最大許用加速度Gm與沖擊脈沖時(shí)間T兩個(gè)因素的制約[17]。通過(guò)ANSYS/LS-DYNA軟件對(duì)模塑包裝產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)際運(yùn)輸情況下跌落試驗(yàn)?zāi)M，分析跌落對(duì)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，可獲得緩沖模塑包裝制品跌落沖擊地面時(shí)的速度、等效應(yīng)力分布和加速度峰值曲線，并結(jié)合跌落沖擊時(shí)緩沖襯墊材料對(duì)被包裝物的緩沖保護(hù)作用，為緩沖襯墊材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)，避免了破壞性試驗(yàn)帶來(lái)不必要的損失，節(jié)約了成本[18-21]。

3.1.2 ANSYS軟件在不同跌落方式模塑包裝制品瞬態(tài)力學(xué)分析中的應(yīng)用。在產(chǎn)品跌落時(shí)，不同的跌落方式造成產(chǎn)品與地面接觸的面積不同，如面、角、棱跌落，對(duì)產(chǎn)品造成的影響程度也是不同的。一般來(lái)說(shuō)，同一件產(chǎn)品接觸面積越大，對(duì)產(chǎn)品的損害就越小[22-24]。宋曉琛[25]在跌落模擬仿真分析中，通過(guò)對(duì)白漿紙漿模塑制品面、棱和角進(jìn)行跌落分析，得出白漿紙漿模塑襯墊在碰撞后各部分的破損程度，并與試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比，驗(yàn)證了仿真結(jié)果的真實(shí)性。

3.1.3 ANSYS軟件在不同跌落高度模塑包裝制品瞬態(tài)力學(xué)分析中的應(yīng)用。跌落高度的不同對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生的破壞性也是不同的。同一件制品，一般來(lái)說(shuō)跌落高度越高，產(chǎn)品在跌落過(guò)程中的應(yīng)力、應(yīng)變和加速度響應(yīng)就越明顯，對(duì)制品的損害就越大。因此在對(duì)制品進(jìn)行防護(hù)時(shí)，高度是一個(gè)不可缺少的因素。Geng Dong-wei,Xu Wen-cai[26]通過(guò)ANSYS/LS-DYNA軟件對(duì)紙漿模塑制品的跌落緩沖特性進(jìn)行仿真分析，研究在2kg重錘作用下，處于不同跌落高度的紙漿模塑制品的最大加速度幅值，為其緩沖性能研究提供了相應(yīng)的參數(shù)。

3.2 隨機(jī)振動(dòng)分析

隨機(jī)振動(dòng)是一門(mén)用概率與統(tǒng)計(jì)方法來(lái)研究受隨機(jī)激勵(lì)載荷作用的機(jī)械與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的響應(yīng)、穩(wěn)定性和可靠性的技術(shù)學(xué)科[27-29]。近年來(lái)在理論基礎(chǔ)、數(shù)值計(jì)算和載荷分析等方面得到了全方位的發(fā)展，在結(jié)構(gòu)工程、工程材料和車(chē)輛工程等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，已成為現(xiàn)代應(yīng)用力學(xué)的一個(gè)重要分支[6]。隨機(jī)振動(dòng)理論的研究始于20世紀(jì)40年代，Rice在最初的研究工作中發(fā)揮了重要的作用。20世紀(jì)50年代初步形成這門(mén)學(xué)科，直到1958年美國(guó)麻省理工學(xué)院隨機(jī)振動(dòng)暑期研討班成功舉辦及由Crandall主編的論文集的出版被認(rèn)為是隨機(jī)振動(dòng)作為一門(mén)學(xué)科誕生的標(biāo)志[30-31]。相比傳統(tǒng)的振動(dòng)試驗(yàn)分析方法，隨機(jī)振動(dòng)仿真分析能實(shí)現(xiàn)對(duì)某些尺寸、質(zhì)量比較大而且費(fèi)用昂貴的產(chǎn)品進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)分析；可以具體形象地觀察產(chǎn)品的內(nèi)、外部特征和現(xiàn)象；在產(chǎn)品初期設(shè)計(jì)時(shí)，便能通過(guò)模擬仿真為設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)，確保研發(fā)過(guò)程有條不紊的進(jìn)行，節(jié)約周期和經(jīng)費(fèi)[32]。ANSYS采用功率譜密度作為隨機(jī)振動(dòng)分析的載荷輸入，其中功率譜密度分為位移功率密度、速度功率譜密度、加速度功率譜密度、力功率譜密度等形式。與響應(yīng)譜分析的類(lèi)型相同，隨機(jī)振動(dòng)分析也分單點(diǎn)與多點(diǎn)兩種形式。

單點(diǎn)隨機(jī)振動(dòng)分析是指在模型的一個(gè)點(diǎn)集定義相同的功率譜密度曲線。隨著紙漿模塑包裝制品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化和多樣化，單點(diǎn)激勵(lì)振動(dòng)試驗(yàn)的弱點(diǎn)與不足越來(lái)越多地為人們所了解。多點(diǎn)隨機(jī)振動(dòng)分析是指在模型的不同點(diǎn)集上定義不同的功率譜密度曲線，它能夠克服單點(diǎn)激勵(lì)存在的一些缺陷，如振動(dòng)推力不足、振動(dòng)應(yīng)力分布不均和易造成局部過(guò)試驗(yàn)等問(wèn)題[33-38]，因此多點(diǎn)隨機(jī)振動(dòng)分析在日常運(yùn)用比較普遍。

隨機(jī)振動(dòng)仿真分析方法是基于ANSYS平臺(tái)的隨機(jī)振動(dòng)仿真功能，并通過(guò)疲勞損傷驗(yàn)證理論計(jì)算分析設(shè)備的隨機(jī)振動(dòng)情況,尋找出設(shè)計(jì)中的重要缺陷，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，驗(yàn)證其是否滿足設(shè)備相關(guān)振動(dòng)要求[33，39]。長(zhǎng)期的交變應(yīng)力可能引起設(shè)備結(jié)構(gòu)疲勞，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形、裂紋甚至斷裂等。對(duì)各構(gòu)件進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)分析，通過(guò)云圖，應(yīng)力應(yīng)變分布數(shù)據(jù)和最大位移點(diǎn)的位移、速度、加速度響應(yīng)曲線，能直觀地查看各構(gòu)件不同部位的隨機(jī)振動(dòng)總體情況，以此確定結(jié)構(gòu)中振動(dòng)較強(qiáng)的薄弱部位[40-46]。目前對(duì)于模塑單元結(jié)構(gòu)，張業(yè)鵬[8]運(yùn)用隨機(jī)振動(dòng)仿真對(duì)紙漿模塑臺(tái)階狀、桶狀、立方體形三種典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性分析，獲得了各緩沖結(jié)構(gòu)的可靠性強(qiáng)度值，為緩沖包裝的可靠性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。在模塑產(chǎn)品整體方面，由于紙漿模塑材料性能的特殊性，整體結(jié)構(gòu)方面的復(fù)雜性，目前運(yùn)用ANSYS隨機(jī)振動(dòng)在分析紙漿模塑制品整體力學(xué)性能方面尚不成熟，針對(duì)這方面的研究也是鳳毛麟角。實(shí)際上，紙漿模塑包裝制品在物流過(guò)程中主要承受整體的隨機(jī)振動(dòng)，因此在這方面研究更具有實(shí)際意義。所以，未來(lái)可通過(guò)借鑒ANSYS在其他材料結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用來(lái)分析模塑包裝制品的力學(xué)性能，獲取相應(yīng)的參數(shù)，為模塑制品的開(kāi)發(fā)縮短周期，降低成本。

通過(guò)對(duì)模塑產(chǎn)品動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析中較為常見(jiàn)的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)與隨機(jī)振動(dòng)綜述分析，表明當(dāng)前ANSYS在產(chǎn)品預(yù)處理方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，對(duì)產(chǎn)品的研發(fā)具有重要意義。

4 ANSYS軟件在紙漿模塑包裝制品分析中的不足與展望

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和計(jì)算能力的不斷提高，有限元分析在紙漿模塑產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為解決復(fù)雜產(chǎn)品分析計(jì)算問(wèn)題的有效途徑。但同時(shí)在運(yùn)用過(guò)程中還存在著許多不足之處，有待進(jìn)一步研究。

（1）在運(yùn)用ANSYS/LS-DYNA軟件針對(duì)紙漿模塑包裝制品進(jìn)行仿真模擬時(shí)，由于紙漿模塑包裝制品模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單元數(shù)目較多，運(yùn)算起來(lái)不僅耗時(shí)而且對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行性能要求較高。因此，在模型導(dǎo)入ANSYS中之前，在保證簡(jiǎn)化后的模型在尺寸、形狀、剛度方面不發(fā)生明顯變化的情況下，需要將模型中的細(xì)小結(jié)構(gòu)，如小孔、溝槽、倒圓角等特征盡可能的簡(jiǎn)化，以減少計(jì)算量。

（2）相對(duì)商業(yè)CAD軟件而言，ANSYS的實(shí)體建模功能較為薄弱。對(duì)規(guī)模龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其當(dāng)紙漿模塑包裝制品模型中含有大量不規(guī)則曲線和曲面時(shí)，使用ANSYS軟件建立實(shí)體模型往往會(huì)非常復(fù)雜，此時(shí)需要對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化與修改，加上復(fù)雜模型的網(wǎng)格劃分很難通過(guò)ANSYS中的布爾操作對(duì)其進(jìn)行有效分割，從而使得有限元模型的生成比較困難[47-48]。因此，今后如有必要，可以先在UG中實(shí)現(xiàn)實(shí)體模型的建立、有限元模型的生成、設(shè)置材料屬性、劃分網(wǎng)格等相關(guān)操作，并將生成的INP文件導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行解算分析，以克服上述問(wèn)題。

（3）CAD軟件和ANSYS各自存在著自己的單位制，所以在加載時(shí)需注意紙漿模塑制品模型相應(yīng)尺寸的變化，這給分析帶來(lái)了很大的麻煩，不利于快速操作[49]，再加上模型從CAD軟件導(dǎo)入ANSYS過(guò)程中可能造成數(shù)據(jù)的丟失。因此，今后對(duì)簡(jiǎn)單模型盡可能運(yùn)用ANSYS軟件建模的同時(shí)，仍需對(duì)軟件建模功能進(jìn)行優(yōu)化處理，這樣才能使結(jié)果更加精確、合理。

5 結(jié)語(yǔ)

綠色包裝理念已成為全世界包裝行業(yè)的主旋律，越來(lái)越多對(duì)環(huán)境有污染的包裝材料正在逐漸淡出人們的生活。紙漿模塑包裝制品作為最典型的綠色包裝材料已成為業(yè)內(nèi)專(zhuān)家學(xué)者研究的熱點(diǎn)，開(kāi)發(fā)低成本、高附加值、綠色環(huán)保、應(yīng)用安全的各類(lèi)型紙漿模塑包裝制品已成為迫切需要解決的問(wèn)題。ANSYS作為大型通用有限元分析軟件，由于其功能齊全、結(jié)構(gòu)開(kāi)放交互、圖形功能強(qiáng)大、算法先進(jìn)等特點(diǎn)，近年來(lái)在紙漿模塑包裝制品研發(fā)中得到了廣泛關(guān)注。ANSYS軟件能夠?qū)垵{模塑包裝制品在各種外荷載條件下的變形、穩(wěn)定性及各種動(dòng)力特性做出全面分析，從力學(xué)計(jì)算、組合結(jié)構(gòu)等方面提出較全面的解決方案，是縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低成本、解決復(fù)雜力學(xué)問(wèn)題的有效手段，是揭示紙漿模塑材料成型機(jī)理的重要方法。

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Application of ANSYS in Mechanical Analysis of Molded Pulp Packaging Products

Tang Jie,Xiao Shengling,Wang Quanliang,Lu Xinzong,LiCan
(Northeast University of Forestry,Harbin 150040,China)

In this paper,in connection with the characteristics of the molded pulp packaging products,we introduced the application of the finite element ANSYS software in the static and dynamic analysis of the molded pulp packaging products.In terms of the static analysis, we introduced the application of the finite element ANSYS software in the mechanical analysis of the molded pulp packaging products while in terms of the dynamic analysis,we introduced in detail the application of the transient dynamic analysis and random vibration analysis in the mechanics of these products.At the end,we modified the shortcomings of the ANSYS software in the analysis of the molded pulp packaging products.

ANSYS software;molded pulp packaging product;mechanical analysis;static analysis;dynamic analysis

TB485

A

1005-152X(2016)11-0061-06

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.11.014

2016-09-27

國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)（201304506）

唐杰（1991-），男，湖南新邵人，東北林業(yè)大學(xué)研究生，主要研究方向：物流工程；肖生苓（1961-），通訊作者，女，黑龍江哈爾濱人，博士，東北林業(yè)大學(xué)教授，主要研究方向：物流工程與生物質(zhì)材料。