产品脆值的测定及DBC曲线的绘制.docx

1、产品脆值的测定及DBC曲线的绘制五、包装物的脆值测试脆值，也叫易损度，它是产品所能承受的最大加速度值。脆值的大小表示了产品在流通过程中承受外部载荷的能力，一般用重力加速度的倍数G来表示。包装设计的目的，就是根据被包装产品脆值的大小，以及包装件所经受的流通环境条件，选择适当的缓冲材料对产品加以保护，使产品在流通中所经受的最大加速度值不超过它本身的脆值，由此达到保护产品的目的。因此，准确地测量产品的脆值，对缓冲包装的设计是非常重要的，它是设计缓冲垫厚度的主要依据。表6-25-21是测定的几种产品的脆值。 表6-25-21 某些产品的脆值G产品名称10以下 1025 2540 4060 6090 9

2、0120 120以上大型电子计算机 高级电子仪器、晶体振荡器、精密测量仪、航空测量仪 大型电子管、变频装置、电子仪器、大型精密仪器 大型电子计算机、大型磁带录音机、彩色电视机、一般测量仪 黑白电视机、磁带录音机、照像机、可移式无线电装置 洗衣机、电冰箱 机械类、小型真空管、一般器材对于不同的产品，它的脆值各不相同，即使是同类产品，由于质量、形状、性能上有差别，测得的脆值也不一样。因此，在有试验设备的条件下，尽量对每一种产品进行精确的测量，以使所设计的包装更加经济合理。 脆值的测试目前有两种方法，一种是冲击试验机法，一种是缓冲跌落法。前者设备先进、结构复杂、测量数据比较准确，但设备昂贵; 后者设

3、备简单，操作方便，价钱便宜，但测量精度较低。 (一) 用冲击试验机测量产品的脆值 1. 试验方法 利用冲击试验机对产品进行冲击试验，测得产品的脆值。按照不同的流通环境条件，该试验分为三种方法。 (1) 方法A梯形冲击脉冲试验法 方法A是应用梯形脉冲对产品进行跌落冲击，它主要应用于流通中跌落高度不能预先确定，缓冲材料没有选定，缓冲材料的恢复系数未知的情况。由于梯形冲击脉冲使产品上产生的冲击加速度值最大，因而用这种方法试验是最保守的，但是由于对流通条件不了解，用这种方法测出的脆值用于包装设计，可以保证包装的可靠程度。但同时用这种方法可能会引起过剩包装，使包装成本提高。 (2) 方法B半正弦冲击脉冲

4、试验法 方法B是利用半正弦波对产品进行冲击。半正弦波易于产生、容易控制，且与实际流通中的冲击波形接近，因此用得比较广泛。这种方法适用于： 已知产品在流通中受到的冲击波类似于半正弦波，已知流通环境中的等效跌落高度和装卸作业中跌落冲击的次数，所使用的缓冲材料已定并已知缓冲材料的恢复系数。 (3) 方法C临界速度试验法 方法C用于刚性较大、强度较高、一般可能不需要进行缓冲包装的产品。用这种方法可以确定产品的临界速度。临界速度是指产品在试验时刚刚出现破损时的速度变化量(冲击速度与回弹速度绝对值之和)。在这种试验中既可以用梯形波，也可以用半正弦波，因为临界速度的大小不受波形的影响。 2.试验设备 试验设

5、备为冲击试验机。它主要包括放置试验样品的滑台，使滑台上下运动的导柱、提升装置、冲击脉冲程序器以及底座。机器结构示意图如图6-25-35所示。 滑台：滑台表面要平整，具有足够的强度和刚度，并通过附加设备使它不发生二次冲击，滑台下落过程中不发生旋转及其他方向的运动。 冲击脉冲程序器：它用来控制冲击脉冲的形式，可以是气压、液压结构形式，也可以用橡胶垫结构，通过改变气体压力、液体压力，或改变橡胶垫厚度，来调节所需要的冲击脉冲的形状、大小和持续时间。 3. 测试系统 测试系统包括加速度计、放大器、记录仪、显示器等。加速度计应刚性地连接在产品的基面上，或安装在固定产品用的夹具上，如果固定产品的夹具安装很牢

6、固，不影响对产品的冲击作用，则加速度计可以安装在滑台的台面上。测量装置的频率响应在0.51000Hz 之内，测量值的误差不超过5%。 图6-25-35 冲击试验机结构示意图 1底座 2冲击脉冲程序器 3导柱 4滑台 5试验样品4.试验样品的准备及预处理条件 在产品中随机抽取几个作为试验样品，如果产品批量较大，可以多选几个以使测量结果更具有代表性。 预处理在标准的温湿度条件下进行。温度为(232)，相对湿度为(505)%，放置时间不少于4h。 5.试验过程 按实际的运输状态将试验样品放在滑台上，用固定夹具将试样紧固，以免影响对产品的冲击，并防止试样从滑台上落下。 如果已知产品的流通中只受一个方向

7、的冲击，则只需进行一个方向的试验; 如果在实际流通中冲击方向是变化的，则必须对产品进行各个方向的冲击试验。 (1) 方法A梯形冲击脉冲试验 首先确定跌落高度： 由于该方法用于流通环境未知、缓冲材料未定的情况，所以跌落高度可参考表6-25-22选取。由于运输环境各不相同，可根据具体情况，选择一个合适值。 表6-25-22 试验跌落高度包装物重/kg装卸方式设计的跌落高度/cm产品最大速度变化量/cms-1010 1025 25100 100225 225450 450一人手提 一人肩扛 两人抬 小型机械操作 小型机械操作 大型机械操作105 90 75 60 45 30910 850 770 6

8、90 600 490调整冲击试验机： 使它获得上表所选定的最大速度变化量，如果实际的流通条件与表中所列情况不同，可按下式计算速度变化量： 式中 v产品的最大速度变化量 (cm/s) h设计的跌落高度 (cm) g重力加速度，(980cm/s2) 冲击试验机的跌落高度不一定与设计的跌落高度相同，如果要计算冲击脉冲的速度变化可按附录中 “1”的过程进行。 调整冲击试验机： 使它的冲击加速度达到预定值，该值的大小要低于产品破损时的加速度值，若此值不好确定，则选最大冲击加速度值为15g。 调整好机器后进行第一次冲击： 检查冲击后记录下来的波形是否是所期望的，以及最大加速度值和速度变化值; 检验产品是否

9、由于冲击而出现破损或功能上的障碍。 如果产品没有破损，调整冲击脉冲程序器： 使冲击试验机获得较高的冲击加速度值。可以通过增大气缸或油缸的压力，或改换较薄的橡胶垫来完成，试验时跌落高度保持不变 (速度变化量不变)。 重复过程： 然后逐渐增加冲击加速度值，直到产品发生破损为止。出现破损时的最大加速度值就是该产品在这个冲击方向的脆值，参看图6-25-36。 (2) 方法B半正弦冲击脉冲试验 图6-25-36 产品破损边界曲线确定跌落高度(该值已知)：根据跌落高度和缓冲材料的恢复系数计算产品的速度变化量，参考图6-25-37。 调整冲击试验机： 使它产生预定的速度变化值，滑台的提升高度不一定等于确定的

10、跌落高度; 同时使冲击试验机产生预定的加速度值，该值要低于产品发生破损的预定值，如果比值不确定，则最大冲击加速度可定为15g。 进行第一次冲击： 冲击后检查所记录的冲击脉冲值是否是所期望的最大冲击加速度值和最大速度变化量。该值的计算过程参考附录中“2”; 同时检查产品是否发生破损或功能上的障碍。 调整试验机： 如果产品没有出现破损，调整试验机使冲击加速度值增加而不改变跌落高度，方法同上，重复过程，使冲击加速度值逐渐增加，直到产品出现损坏。破损时的最大加速度值即为产品的脆值。 图6-25-37 跌落高度与速度变化量曲线(3) 方法C临界速度冲击试验 如果产品的强度很高，本身不需要进行缓冲包装，这

11、时产品对冲击加速度不敏感，它的破损取决于速度变化量，在这种情况下，适宜用这种方法进行试验。 如果是在前两种试验之一完成以后进行此项试验，则把试验机的冲击加速度值调整到方法B试验中产品出现破损时的加速度值的两倍;如果在进行此项试验之前没有做以上两种试验，则把冲击加速度值调整到75g，跌落高度定为510cm。 调整好冲击试验机后，对试样进行第一次冲击，然后检验产品是否出现破损。 如果没有破损，增大跌落高度继续试验，直到产品出现破损为止。 发生破损后，分析记录下来的冲击脉冲波形，用附录中 “1”或“2” 中介绍的方法，计算出该冲击脉冲的速度变化量，这个值就是产品的临界速度值。 附录 1.梯形冲击脉冲

12、速度变化量 如图6-25-38所示为冲击试验机产生的梯形冲击脉冲，其速度变化量为该脉冲曲线与水平坐标轴所围成的面积。为了计算该梯形冲击脉冲的面积，首先要把脉冲曲线进行整形。取各峰的中点连成一平滑的曲线，如图中虚线所示。整形后曲线所围成的面积应与记录仪记录下的脉冲曲线围成的面积相等。要精确的计算速度变化量，需对整形后的脉冲曲线进行积分，积分区间为从脉冲前的0.4Tp到脉冲后的0.1Tp。为简便起见，可按下式计算速度变化量的近似值： 图6-25-38 梯形脉冲速度变化v=gAm(TR/2)+TD+(TF/2)式中 v梯形冲击脉冲的速度变化量 (cm/s) Am整形后脉冲最大加速度值g (m/s2)

13、 TR上升时间 (s) TD停留时间 (s) g重力加速度，980 (cm/s2) 2.半正弦冲击脉冲速度变化量 半正弦冲击脉冲速度变化量的计算方法参照图6-25-39。同样，首先要对冲击脉冲曲线进行整形，在各峰之间取中点连成一条平滑的曲线，整形后曲线所围成的面积应等于原脉冲曲线所围成的面积。如果精确计算速度变化量，需对整形后的曲线从脉冲前的0.4Th到脉冲后的0.1Th进行积分。如果在10%的脉冲高度处划定脉宽，所得的曲线更接近半正弦波，所以速度的变化量可近似为： 图6-25-39 半正弦速度变化量v=2/gAmTh0.637gAmTh式中 Th脉冲持续时间 (s) 3. 产品的破损边界曲线

14、 通过上述方法得出产品破损时的最大加速度值和速度变化量以后，以速度变化量为横坐标，最大冲击加速度值为纵坐标，画出这两条线，两条线相交部分用圆弧连接，这条曲线就是该产品在冲击方面的破损边界曲线，如图6-25-39所示。两条直线所对应的坐标值分别为临界加速度值 (脆值) 和临界速度变化量。边界曲线划定了两个区域，曲线右上方为破损区，左下方为非破损区也叫安全区。如果已知产品在流通中受到的冲击加速度值和速度变化量的交点落在破损区以内，则可判定在流通中产品可能出现破损，否则产品就是安全的，这时可以不采用缓冲包装。因此，产品的破损边界曲线可以用于包装设计。 (二) 用缓冲跌落法测定产品的脆值 另外一种测定

15、脆值的简易方法是缓冲跌落试验，它用于试验设备条件有限、测试精度要求一般的场合。 1.试验设备 普通跌落试验机。 冲击面，是一刚性的坚硬的表面，并与冲击方向垂直。 测试系统，包括加速度计、信号放大器、记录仪。把加速度计刚性地连接在产品底部靠近缓冲支撑的部位，记录仪用来记录冲击过程中产品上的冲击加速度-时间曲线。 2. 试验方法 (1) 试样的准备 试验样品为简易的缓冲包装件，内装物应该是实际产品而不能用模拟品，但是如果不影响试验的结果，一些等外品或表面有损伤有缺陷的产品也可以用作试验样品。用与实际包装相同的缓冲材料，做一组厚度不同的缓冲垫，对产品进行简易的包装。 (2) 试验过程 试验过程如下：

16、 把产品按实际运输状况放在外包装容器内，第一次试验，在产品底部放上较厚的衬垫，产品上面加上衬垫使其高度正好达到外箱的顶部，产品四周也放上缓冲材料，以免在试验中出现移动、回弹或二次冲击。 将包装好的试样按运输位置放在跌落试验机上，由提升装置提高到预定高度 (一般取460910mm)，进行第一次跌落冲击，记录冲击过程中的加速度-时间曲线。 打开包装检查产品是否发生损坏，如果没有损坏，换一较薄的衬垫，重新包装好，在相同的高度继续跌落，重复上述过程，直到产品出现破损为止，此时的最大冲击加速度值即为产品在这个方向的脆值。 重复上述过程，对其他面进行冲击试验，可以得到产品其他方向的脆值。每次试验应更换新的

17、试验样品。 (三) 脆值测量实例 我国传统工艺品唐三彩，在流通过程中破损较多，为了设计出合理的包装结构，需对唐三彩的脆值进行测量。 已知某厂生产的唐三彩质量为1.2kg，预定采用聚苯乙烯泡沫塑料进行缓冲包装。现用缓冲跌落法测试该产品的脆值： 首先制作一组不同厚度的聚苯乙烯泡沫塑料缓冲垫，其厚度分别为5、10、15、20、 25mm。第一次先取25mm的缓冲垫放在外包装箱底部，然后把加速度计固定在样品的靠近重心的平整部位，放入箱中，箱子四周及顶部也放上缓冲垫，封好包装箱。 将测试仪器接好，测量系统连接框图如下所示： 把试验样品放在跌落试验机的台板上，由提升装置升至500mm，进行跌落冲击。 冲击完后，打开包装箱，检查产品发现没有破损，更换缓冲垫，在样品底部换上 20mm厚的衬垫，重新包装好，仍在500mm高度进行第二次跌落，跌落后检查内装物的破损情况。最后在缓冲垫为10mm时，进行第四次跌落冲击后，检查出产品出现了破损，在样品唐三彩马的腿部位出现了裂缝，此时记录仪记录的冲击加速度值为72g。 随机抽取另外几个产品作为试验样品，测出这种唐三彩马的脆值在70g左右。