蜂窝纸板横、纵向承载平台应力的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种蜂窝纸板横、纵向承载平台应力的计算方法,利用塑性变形、塑性能量耗散及能量守恒定理构建纵横承载方向平台应力理论模型，通过已知原纸的纵横屈服强度及材料的“孔径边长”、“芯层厚度”、“面层厚度”及“芯层原纸厚度”即可求解得到蜂窝纸板平台应力，经试验验证模型预测性较好。在平台应力理论模型的基础上，结合蜂窝纸板的实际应用方式，推导得到蜂窝纸板面内纵横向边压强度，已知原纸的纵横屈服强度及材料的“孔径边长”、“芯层厚度”、“面层厚度”及“芯层原纸厚度”即可求解得到蜂窝纸板边压强度，经试验验证模型预测性较好。

【技术实现步骤摘要】
蜂窝纸板横、纵向承载平台应力的计算方法
本专利技术属于包装印刷
，具体来说涉及一种蜂窝纸板横、纵向承载平台应力的计算方法。
技术介绍
蜂窝多孔材料兼具轻质、高强和能量吸收等特点，在航空、建筑、包装等领域应用广泛。蜂窝材料的承载与缓冲性能多年来一直是国内外研究热点。在不等壁厚的正六边形的蜂窝纸板方面，面外承载、缓冲等性能研究较多，先后建立面外屈曲载荷、面外平台应力模型；同时，基于能量吸收图研究蜂窝纸板面外缓冲性能、开展面外密实压缩评估研究。针对面内承载，长期以来，国内外对金属蜂窝芯材料承载、形变等开展了大量卓有成效的研究。蜂窝夹层材料性能表征研究主要分为芯层表征及整体性能表征，芯层表征研究较多，主要集中在金属材质的蜂窝芯层研究。围绕承载机制研究，Gibson[11]在单一孔单元的基础上建立面内数学模型，为揭示多孔材料的变形机理及性能表征奠定基础。Timoshenko[12]最早对弹性蜂窝体的面内临界屈曲载荷进行研究，得到其弹性坍塌应力模型；Zhu等[13]通过实验研究双壁厚蜂窝材料的面内承载性能，对不等壁厚金属蜂窝面内弹性性能、塑性性能进行表征研究；Wang等[14]给出了七种具有不同单胞形状的规则蜂窝材料面内力学特性、弹性模量和屈服强度与相对密度之间的关系函数及蜂窝材料共面峰应力公式；赵金森[15]提出了基于Y模型的蜂窝芯等效模型，但忽略了胞壁各边厚度的不同。2008年，胡玉琴[16]在此基础上进行对此并做了修正，修正后的等效模型较为合理；S,Balawi和J.L.Abot[17]通过对铝蜂窝材料进行双向加载试验研究，考虑蜂窝面内弯曲、剪切及轴向变形的影响，由试验曲线交点处的曲率半径、相对密度和蜂窝孔径相关尺寸构成的方程式预测蜂窝结构面内承载模型；Sorohan[18]通过均匀化方法获得面内承载模型并应用数值模拟进行分析；以上文献主要针对蜂窝芯的面内承载性能，未考虑蜂窝面层对其性能的影响。已做研究表明，考虑面板与芯层之间的相互作用得到的等效常数要比在自由边界条件下得到的结果大很多[19]。对蜂窝夹层板进行整体承载性能分析研究时，其各个参数及整体性能均需考虑蜂窝芯层及面层的相互作用机制。文献[20]分析蜂窝板材在四边简支边界条件下，理论分析和计算了正交各向异性结构的纵向承载能力；周祝林[21]假定面板为各向同性材料，提出蜂窝夹层板酒窝型局部失稳时面板临界应力的实用公式；周祝林[22]根据弹性理论原理，推导得出面内强度公式，并未区分面内纵横向承载性能不同问题；李谏[23]分析蜂窝芯面内承载能力极小，认为上、下面板承受面内全部均布载荷，结论具有一定的局限性。针对蜂窝纸板面内承载性能，王军[24]基于面内纵向承载变形试验，通过蜂窝芯层与面层面内纵向平台应力之和表征考虑相对湿度影响的面内平台应力。综上，蜂窝夹层材料因由面层、蜂窝芯层组成，其力学性能受多个影响因素影响，由于蜂窝纸芯与面纸受力形式较复杂，对蜂窝纸板承载强度表征未能结合材料特性进行较为深入的系统分析和合理的表征研究，与蜂窝面层结合未能得到合理的表征，但面层对其性能的影响至关重要，需要进行全面深入的研究。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种蜂窝纸板纵向承载平台应力的计算方法，该计算方法能够在无需实验的前提下获得蜂窝纸板的纵向承载平台应力。本专利技术的目的在于提供一种蜂窝纸板横向承载平台应力的计算方法，该计算方法能够在无需实验的前提下获得蜂窝纸板的横向承载平台应力。本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。一种蜂窝纸板纵向承载平台应力的计算方法，获得所述蜂窝纸板的面层原纸厚度tf、芯层高度hc、面层原纸纵向屈服强度芯层原纸厚度tc、正六棱柱胞壁边长l、芯层原纸横向屈服强度和芯层原纸纵向屈服强度并代入公式：得到为蜂窝纸板纵向承载平台应力。一种蜂窝纸板面内纵向边压强度的计算方法，获得所述蜂窝纸板的面层原纸厚度tf、芯层高度hc、面层原纸纵向屈服强度芯层原纸厚度tc、正六棱柱胞壁边长l、芯层原纸横向屈服强度和芯层原纸纵向屈服强度并代入公式：得到RMD为蜂窝纸板面内纵向边压强度。一种蜂窝纸板横向承载平台应力的计算方法，获得所述蜂窝纸板的面层原纸厚度tf、芯层高度hc、面层原纸纵向屈服强度芯层原纸厚度tc、正六棱柱胞壁边长l、面层原纸横向屈服强度和芯层原纸横向屈服强度并代入公式：得到为蜂窝纸板横向承载平台应力。一种蜂窝纸板面内横向边压强度的计算方法，获得所述蜂窝纸板的面层原纸厚度tf、芯层高度hc、面层原纸纵向屈服强度芯层原纸厚度tc、正六棱柱胞壁边长l、芯层原纸横向屈服强度和面层原纸横向屈服强度并代入公式：得到RCD为蜂窝纸板面内横向边压强度。在上述技术方案中，蜂窝纸板包括：2个沿竖直方向设置的面层以及位于2个面层之间的芯层，所述芯层连接在2个面层之间，所述芯层为蜂窝结构，所述蜂窝结构由多个沿纵向间隔排列的壁板围成，其中，每一个壁板上间隔弯折形成多个凹槽，每个凹槽为由先后依次相连的3个折板组成，相邻折板之间的夹角为120°，以使2个凹槽敞口相对后围成一上下面均敞口的正六棱柱，多个正六棱柱形成所述蜂窝结构。在上述技术方案中，所述壁板的厚度为芯层原纸厚度，面层厚度为面层原纸厚度。在上述技术方案中，每一个壁板均横向设置，横向与所述面层平行且垂直于所述纵向。本专利技术的有益技术效果如下：(1)利用塑性变形、塑性能量耗散及能量守恒定理构建纵横承载方向平台应力理论模型，通过已知原纸的纵横屈服强度及材料的“孔径边长”、“芯层厚度”、“面层厚度”及“芯层原纸厚度”即可求解得到蜂窝纸板平台应力，经试验验证模型预测性较好。(2)在平台应力理论模型的基础上，结合蜂窝纸板的实际应用方式，推导得到蜂窝纸板面内纵横向边压强度，已知原纸的纵横屈服强度及材料的“孔径边长”、“芯层厚度”、“面层厚度”及“芯层原纸厚度”即可求解得到蜂窝纸板边压强度，经试验验证模型预测性较好。附图说明图1(a)为蜂窝纸板的结构示意图；图1(b)为蜂窝纸板纵向承载时蜂窝结构的示意图；图1(c)为蜂窝纸板横向承载时蜂窝结构的示意图；图2(a)为蜂窝纸板中受力单元的结构示意图；图2(b)为蜂窝纸板受力单元的结构变形参数示意图。其中，1为面层，2为芯层，2-1-1为第一折板，2-1-2为第二折板，2-1-3为第三折板，2-2为凹槽。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。本专利技术被测试的蜂窝纸板如图1(a)、1(b)和1(c)所示，蜂窝纸板包括：2个沿竖直方向设置的面层1以及位于2个面层之间的芯层2，芯层通过胶粘层连接在2个面层之间，芯层为蜂窝结构，蜂窝结构由多个沿纵向间隔排列的壁板(也称单壁板，壁板由芯层原纸剪裁而成)围成，其中，每一个壁板上间隔弯折形成多个凹槽2-2，每个凹槽为由先后依次相连的3个折板：第一折板2-1-1、第二折板2-1-2和第三折板2-1-3组成，相邻折板之间的夹角为120°，当相邻壁板相对的2个凹槽敞口相对后，该2个敞口围成一正六棱柱，多个正六棱柱形成蜂窝结构。横向与面层平行且垂直于纵向。壁板的厚度为芯层原纸厚度，面层厚度为面层原纸厚度。蜂窝纸板除芯层和面层本身承载强度之外，还有两者之间的相互作用有着非常大的联系。单独的芯层刚度小，但因与面层的相互作用，芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蜂窝纸板纵向承载平台应力的计算方法，其特征在于，获得所述蜂窝纸板的面层原纸厚度tf、芯层高度hc、面层原纸纵向屈服强度

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝纸板纵向承载平台应力的计算方法，其特征在于，获得所述蜂窝纸板的面层原纸厚度tf、芯层高度hc、面层原纸纵向屈服强度芯层原纸厚度tc、正六棱柱胞壁边长l、芯层原纸横向屈服强度和芯层原纸纵向屈服强度并代入公式：得到(σpl)MD为蜂窝纸板纵向承载平台应力。2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，蜂窝纸板包括：2个沿竖直方向设置的面层以及位于2个面层之间的芯层，所述芯层连接在2个面层之间，所述芯层为蜂窝结构，所述蜂窝结构由多个沿纵向间隔排列的壁板围成，其中，每一个壁板上间隔弯折形成多个凹槽，每个凹槽为由先后依次相连的3个折板组成，相邻折板之间的夹角为120°，以使2个凹槽敞口相对后围成一正六棱柱，多个正六棱柱形成所述蜂窝结构。3.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述壁板的厚度为芯层原纸厚度，面层厚度为面层原纸厚度；每一个壁板均横向设置，横向与所述面层平行且垂直于所述纵向。4.一种蜂窝纸板面内纵向边压强度的计算方法，其特征在于，获得所述蜂窝纸板的面层原纸厚度tf、芯层高度hc、面层原纸纵向屈服强度芯层原纸厚度tc、正六棱柱胞壁边长l、芯层原纸横向屈服强度和芯层原纸纵向屈服强度并代入公式：得到RMD为蜂窝纸板面内纵向边压强度。5.根据权利要求4所述的计算方法，其特征在于，蜂窝纸板包括：2个沿竖直方向设置的面层以及位于2个面层之间的芯层，所述芯层连接在2个面层之间，所述芯层为蜂窝结构，所述蜂窝结构由多个沿纵向间隔排列的壁板围成，其中，每一个壁板上间隔弯折形成多个凹槽，每个凹槽为由先后依次相连的3个折板组成，相邻折板之间的夹角为120°，以使2个凹槽敞口相对后围成一正六棱柱，多个正六棱柱形成所述蜂窝结构；所述壁板的厚度为芯层原纸厚度，面层厚度为面层原纸厚度；每一个壁板均横向设置，横向与所述面层平行且垂直于所述纵向。...

【专利技术属性】
技术研发人员：牟信妮，
申请(专利权)人：天津市职业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12