在物流期間，都產品必須承受某種程度的搬運與輸送，在國內外主要利用緩衝包裝系統來緩和外界輸入的衝擊力。在高性能之緩衝包材中，台灣電子廠商使用以壓出型發泡聚乙烯(Extruded Polyethylene Foam，簡稱EPE)來包裹高價電子產品。但是目前國內對於壓出型EPE緩衝材料的壓縮性質琢磨不多，所以本研究針對壓出型發泡聚乙烯材料進行一連串壓縮試驗，以瞭解其壓縮特性。
國際間已有一套完整評估方式，來加以測試緩衝包裝是否能達到保護要求，其中包含了衝擊(落下)、振動、壓縮、溫度及濕度等試驗，在所有試驗中，又以落下所造成的衝擊為最為劇烈，因此落下試驗往往是最先被施測的試驗，所以本研究以EPE緩衝包裝系統的落下試驗與模擬為研究主題。
本文以首先將複雜包裝系統簡化成單自由彈簧系統，並利用內隱式Newmark積分法搭配不平衡力迭代法求解出單自由度彈簧系統在落下時的反應，例如加速度歷時圖。由於EPE為應變率相依材料，所以提出應力放大因子觀念修正靜態壓縮試驗所得應力應變曲線，以期得到更精準的模擬結果。
再者，由於落下試驗的過程中，所得到資料有限，只能針對某一點量測其加速度或最大位移量使用，但這些資訊並不是代表整個系統行為。有鑑於此，本研究使用有限元素商業軟體LS-DYNA，預測包裝系統在落下時的整體力學行為，並比較數值模擬與真實落下試驗所得結果。

第一章 導論.................................1
1.1 研究動機及目的 ...........................1
1.2 文獻回顧.................................2
1.3 本文內容.................................3
第二章 緩衝包裝系統.........................5
2.1 簡介.....................................5
2.2 緩衝包裝系統構造.........................5
2.2.1緩衝包裝系統功能及組成元件..............5
2.2.2常見的緩衝包裝材料......................6
2.2.3發泡聚乙烯(EPE).........................8
2.2.3.1發泡聚乙烯之特性......................8
2.2.3.2發泡聚乙烯之製成.....................10
2.2.3.2.1 射出型發泡聚乙烯..................10
2.2.3.2.2 壓出型發泡聚乙烯..................11
2.3 包裝物流環境............................12
2.3.1在運輸過程中產生的衝擊與振動...........13
2.3.2因裝卸不當所產生的衝擊.................13
2.4 緩衝包裝系統設計程序....................14
2.4.1物流環境之評估.........................16
2.4.2產品強度測試...........................18
2.4.3改進產品強度...........................20
2.4.4緩衝包裝材料之評估.....................20
2.4.5包裝系統設計...........................22
2.4.6包裝系統測試...........................22
第三章 緩衝包材的材料及結構試驗............31
3.1 簡介....................................31
3.2 靜態壓縮試驗............................31
3.2.1試驗規範...............................32
3.2.2試驗設備...............................32
3.2.2.1 材料試驗機 ..........................32
3.2.2.2 控制主機............................32
3.2.2.3 圓形壓縮夾具........................33
3.2.2.4 方形壓縮夾具........................33
3.2.2.5 EPE標準試片........................33
3.2.2.6 EPE緩衝包裝系統....................35
3.2.3試驗流程...............................35
3.2.4試驗結果...............................36
3.2.4.1不同壓縮方向結果比較.................37
3.2.4.2不同壓縮速度結果比較 .................37
3.2.4.3不同層數、不同厚度結果比較...........38
3.2.4.4相同層數、不同厚度結果比較...........38
3.2.4.5不同壓縮面積結果比較.................39
3.2.4.6 四種不同EPE緩衝包裝系統結果比較.....39
3.3 衝擊試驗................................39
3.3.1試驗設備...............................40
3.3.1.1 高速衝擊試驗機......................40
3.3.1.2 示波器與控制器......................40
3.3.1.3 EPE標準試片.........................40
3.3.2試驗流程...............................41
3.3.3試驗結果...............................42
3.4 結論....................................43
第四章 自由落下試驗........................67
4.1 簡介....................................67
4.2 落下試驗高度............................67
4.2.1 中國國家標準CNS 10033規定.............68
4.2.2 美國材料試驗協會ASTM D4169-89規定.....69
4.2.3 國際標準組織ISO 4180規定..............69
4.2.4 美國國防部包裝設計手冊MIL-HDBK-304C規定.70
4.2.5 主要電子廠商規定......................70
4.3 試驗設備及其使用方式....................70
4.3.1 氣臂式自由落下試驗機(Free fall machine).71
4.3.2 密蠟(Petro-wax)及其使用方式...........71
4.3.3 壓電式加速度規及其安裝考量............71
4.3.4 黏土及兩段式伸縮吸管..................72
4.3.5 訊號擷取系統..........................72
4.3.6 待測物................................72
4.4 試驗方法................................73
4.5 濾波原理及一般落下試驗常用濾波截止頻率..73
4.6 試驗結果................................74
4.7 結論....................................75
第五章 緩衝包裝系統的數值模擬..............91
5.1 簡介....................................91
5.2 緩衝包材之評估..........................91
5.2.1 靜態緩衝係數 ..........................91
5.2.2 動態特性曲線..........................93
5.2.3 靜態緩衝係數與動態緩衝特性曲線之比較..94
5.3 單自由度彈簧模型........................96
5.3.1 內隱式Newmark積分法...................98
5.3.2 不平衡力迭代法........................99
5.3.3結果與討論............................100
5.3.3.1有無不平衡力迭代必要................100
5.3.3.2 考慮應變率效應之應力放大因子.......101
5.3.3.2.1 以速度衝擊模擬鋼板下墊EPE
包材落下時衝擊反應...............101
5.3.3.2.2 引進應力放大因子.................101
5.3.3.2.3 以能量觀點檢核進單自由度系統.....102
5.3.3.3單自由度系統與EPE緩衝包裝系統
落下試驗結果之比較..................103
5.4 LS-DYNA有限元素分析...................104
5.4.1 商業軟體LS-DYNA介紹..................105
5.4.2 網格的建立...........................105
5.4.3 以LS-DYNA模擬靜態壓縮試驗............106
5.4.4 以LS-DYNA模擬落下試驗 ................107
5.4.5結果與討論............................107
5.4.5.1 LS-DYNA模擬的濾波..................107
5.4.5.2 LS-DYNA模擬與落下試驗結果比較......108
5.5 結論...................................109
第六章 結論與展望 .........................139
6.1 結論...................................139
6.2 展望...................................140

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