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研究生:王士豪
研究生(外文):Shi-Hao Wang
論文名稱:壓出型發泡聚乙烯緩衝包材之最佳化設計
論文名稱(外文):Optimal Design of Extruded Polyethylene Foams for Package Cushion
指導教授:呂良正呂良正引用關係
指導教授(外文):Liang-Jenq Leu
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:土木工程學研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:101
中文關鍵詞:壓出型發泡聚乙烯緩衝包材最佳化設計
外文關鍵詞:Extruded Polyethylene FoamsPackage CushioningOptimal Design
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為了滿足產品在物流過程的保護需求,在業界主要利用緩衝包裝系統來緩和外界輸入的衝擊力。常見的高性能緩衝包材中,台灣電子廠商使用以壓出型發泡聚乙烯(Extruded Polyethylene Foam,簡稱EPE)來包裝高價電子產品。本研究將先介紹緩衝包裝系統構造及其功能作用,並針對壓出型發泡聚乙烯(EPE)的特性、優越性及其製成,作更進一步說明。
國內業者對於EPE緩衝包材的設計多還是基於人工經驗法則,而國外業界雖然有靜態緩衝係數與動態緩衝特性曲線等評估方式,用來評估緩衝材料使用量,但其是以近似單自由度系統的行為評估,與實際的包裝系統整體力學行為仍有所不同。
本研究將以有限元素商業軟體LS-DYNA與Fortran程式庫IMSL之最佳化程式結合,建立一個EPE緩衝包材最佳化設計系統,經由模擬包裝系統落下試驗,獲取其整體力學行為歷時資料,確保其最大加速度滿足設計需求,並利用落下試驗驗證最佳化設計之結果。
再者,EPE緩衝包材為非線性材料,其材料試驗加載與卸載所得的應力-應變曲線並不相同。本研究將利用動力積分法建立單自由度彈簧質點模型,探討其加、卸載應力-應變曲線對模擬落下試驗數值分析結果的影響。
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 前言 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單元 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 11
2.2.3.2.1 射出型發泡聚乙烯 11
2.2.3.2.2 壓出型發泡聚乙烯 11
2.3 包裝物流環境之探討 13
2.3.1運輸過程的衝擊與振動 14
2.3.2裝卸作業不當而產生的衝擊 14
2.4 緩衝包裝系統設計程序 15
2.4.1物流環境評估 17
2.4.2產品強度分析 19
2.4.3改善產品強度 21
2.4.4緩衝包裝材料之評估 21
2.4.5包裝系統設計 22
2.4.6包裝系統測試 22
第三章 動力積分與最佳化數學規劃法 31
3.1 前言 31
3.2 動力積分法 32
3.2.1外顯式積分法 32
3.2.2內隱式積分法 34
3.2.3不平衡力迭代法 36
3.3 最佳化問題數學模式 37
3.4 數學規劃法 39
3.4.1循序線性規劃 39
3.4.2循序二次規劃法 41
3.5 循序二次規劃程式 43
第四章 緩衝包材最佳化設計 45
4.1 前言 45
4.2 緩衝包材之評估 45
4.2.1 靜態緩衝係數 45
4.2.2 動態緩衝特性曲線 47
4.3 最佳化設計系統之規劃 49
4.3.1 有限元素數值模型 50
4.3.2 最佳化函數之變數設定 51
4.3.3 目標函數與束制條件 52
4.3.4 設計變數初始值設定 53
4.4 最佳化設計流程與分析 54
4.4.1 L1、H1雙變數格子點及初始設計變數選定 54
4.4.2 最佳化設計分析 56
4.5 分析結果 57
第五章 最佳化設計之自由落下試驗與
考慮加、卸載行為之單自由度數值模型 77
5.1 前言 77
5.2 自由落下試驗 77
5.2.1 試驗設備 78
5.2.2 試驗方法 80
5.2.3 試驗結果 81
5.2.4 落下試驗與LS-DYNA模擬結果比較 82
5.3 考慮加、卸載行為之單自由度數值模型 82
5.3.1 單自由度彈簧系統 82
5.3.2 最大加速度分析 83
5.3.3 使用包含卸載行為之材料應力-應變曲線 84
第六章 結論與展望 101
6.1 結論 101
6.2 展望 101
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