小 位置 最大 位置
应力1 VON:von Mises 应力 11.5926 N/m^2
节: 16802 (-9.18626 mm,
152.483 mm,
-9.91588 mm) 9.15637e+007 N/m^2
节: 710 (-38.2028 mm,
-155.553 mm,
17.5 mm)
位移1 URES:合位移 3.81476e-006 m
节: 712 (-40.9665 mm,
-162.521 mm,
11.4472 mm) 0.000121162 m
节: 17019 (-5.01403 mm,
112.362 mm,
4.28192 mm)
应变1 ESTRN :对等应变 0 
单元: 8716 (0.768317 mm,
151.762 mm,
5 mm) 0.00111383 
单元: 6130 (20.2713 mm,
-160.592 mm,
21.0292 mm)


2）目标为柔性平面，平跌落
建立新算例2，选定将玻璃瓶跌落于地面材料为尼龙610、厚度为10mm的一块弹性板上。在掉落测试设置中的目标选择灵活目标，在【刚度和厚度】中,【单位】列表选为SI。在【法向刚度】框中，输入1.05e12[(N/m)/m2]；在【切向刚度】框中，输入3.24e8[(N/m)/m2]；在【质量密度】框中，输入1400（kg/m3）；在【目标厚度】框中，输入10(mm)。
 
                       图3-9  柔性平面参数设置图

在算例2跌落试验中，设置为网格整体大小7.20mm,公差0.36mm,冲击后的求解时间为50 ，图解数为
[align='center']          [/align]                             25。设置完毕后运行解算器进行冲击分析。            图 3-10  冲击分析图

 

 

 

 

图3-11  跌落时间为50 时的应力云图
表3-3  算例2的结果
名称 类型 最小 位置 最大 位置
应力1 VON:von Mises 应力 3.45283 N/m^2
节: 16802 (-9.18626 mm,
152.362 mm,
-9.91588 mm) 8.08187e+007 N/m^2
节: 714 (-42.8593 mm,
-162.567 mm,
-1.66542 mm)
位移1 URES:合位移 4.20557e-005 m
节: 14474 (-36.977 mm,
-162.559 mm,
-7.36074 mm) 0.000121155 m
节: 17019 (-5.01403 mm,
112.362 mm,
4.28192 mm)
应变1 ESTRN :对等应变 0 
单元: 8716 (0.768317 mm,
151.762 mm,
5 mm) 0.000802587 
单元: 5793 (-42.9825 mm,
-160.704 mm,
-5.60848 mm)
3)目标为刚性平面，20°斜跌落
首先需要建立一参考基准面用以定义酒瓶相对于目标面的20°斜跌落情况。               图3-12  建立基准面
在两面夹角中输入20.00deg，右图的蓝色线即为20°斜面的侧视图。
 
图3-13  跌落测试设置图
在算例3跌落试验中，设置为网格整体大小7.20mm,公差0.36mm,冲击后的求解时间为50 ，图解数为25。设置完毕后运行解算器进行冲击分析。

 
图3-14  冲击分析图

 
图3-15  跌落时间为50 时的应力云图

 


表3-4  算例3的结果
名称 类型 最小 位置 最大 位置
应力1 VON:von Mises 应力 0.133954 N/m^2
节: 16460 (-14.5133 mm,
152.062 mm,
-0.353807 mm) 3.33744e+008 N/m^2
节: 2365 (27.0495 mm,
-162.552 mm,
-1.66668 mm)
位移1 URES:合位移 2.92509e-005 m
节: 3714 (20.0163 mm,
-165.035 mm,
-0.000894317 mm) 0.000146019 m
节: 14162 (-30.5712 mm,
-159.575 mm,
-6.97563e-005 mm)
应变1 ESTRN :对等应变 0 
单元: 8563 (0.768317 mm,
151.883 mm,
5 mm) 0.0029271 
单元: 6732 (27.6021 mm,
-159.684 mm,
1.29858 mm)

4）目标为柔性平面，20°斜跌落
首先在算例4中建立一参考基准面用以定义酒瓶相对于目标面的20°斜跌落情况。选定将玻璃瓶跌落于地面材料为尼龙610、厚度为10mm的一块弹性板上。在掉落测试设置中的目标选择灵活目标，在【刚度和厚度】中,【单位】列表选为SI。在【法向刚度】框中，输入1.05e12[(N/m)/m2]；在【切向刚度】框中，输入3.24e8[(N/m)/m2]；在【质量密度】框中，输入1400（kg/m3）；在【目标厚度】框中，输入10(mm)。
在算例4跌落试验中，设置为网格整体大小7.20mm,公差0.36mm,冲击后的求解时间为50 ，图解数为25。设置完毕后运行解算器进行冲击分析。
 
图3-16  冲击分析图3-17  跌落时间为50 时的应力云图
表3-5  算例4的结果
名称 类型 最小 位置 最大 位置
应力1 VON:von Mises 应力 0.0795563 N/m^2
节: 16802 (-9.18626 mm,
152.362 mm,
-9.91588 mm) 1.29563e+008 N/m^2
节: 2403 (27.0628 mm,
-162.614 mm,
-1.66638 mm)
位移1 URES:合位移 8.91787e-005 m
节: 12621 (26.5946 mm,
-165.105 mm,
0.000134142 mm) 0.00012739 m
节: 14465 (-30.5608 mm,
-159.557 mm,
-3.71815e-005 mm)
应变1 ESTRN :对等应变 0 
单元: 8716 (0.768317 mm,
151.762 mm,
5 mm) 0.00109578 
单元: 7746 (27.5999 mm,
-160.753 mm,
1.29891 mm)

2.4  跌落仿真试验的分析
2.4.1  强度分析
 

    
图4-1  平跌落应力云图对比
1，2，3，4分别对应跌落时间为2 ,20 ,30 ,50 时的平跌落应力云图
[align='center']          [/align]                             。

 图4-2  斜跌落应力云图对比
1，2，3，4分别对应跌落时间为2 ,20 ,30 ,50 时的平跌落应力云图。
图4-1为玻璃瓶平跌落于刚性平面时应力云图的变化。由图可知在平跌落时应力传递方向是自下而上的。图4-2为玻璃瓶斜跌落于刚性平面时应力云图的变化。由图可知从图解1到图解25，应力基本集中于撞击点的周围。另外无论是刚性平面或是柔性平面，在平跌落和斜跌落时，都有以上特性，特此说明。 
表4-1  多工况跌落强度分析表（跌落高度0.3m）
算例
项目 工                       况
 平跌落 20°斜跌落
 刚性平面 柔性平面 刚性平面 柔性平面
Mises应力值 9.15637E+007 8.08187E+007 3.33744E+008 1.29563E+008
               1.13              2.57
               0.27              0.62
定义表中的 为相同跌落方向时刚性目标与柔性目标的比值。 分别对应跌落于刚性目标和柔性目标时平跌落与20°斜跌落的比值。
表4-1可知， ，这意味着在相同跌落方向的前提下，跌落于刚性平面时受到的应力较大，且斜跌落产生的应力远远大于平跌落。平跌落时 为1.13，而斜跌落时 为2.57，由此可知在不同跌落方向的前提下，跌落于刚性平面与柔性平面时的应力变化，斜跌落也远远大于平跌落。 ，这意味着以相同跌落目标为前提时斜跌落比平跌落产生更大的应力。
值得注意的是应力强度最大的节点都位于玻璃瓶底部。

 

2.4.2  应力时间规律
首先选取在4个算例中应力最大的节点来取得时间应力曲线图。
 
 
4-3  应力最大节点的时间历史图表
图4-3分别对应4个算例中应力最大节点的时间历史图表。
首先将图1和2对比，我们可以发现算例1中，该节点在10 s内mises应力即达到第1个峰值75MPa。而算例2的节点在8.01 s时达到第1个mises应力峰值仅为30.7MPa,随后应力在10 s时回落至26.5MPa,在45.36 s时才达到75MPa。由此可知刚性材料做跌落目标时，材料的冲击应力环境更加恶劣，在材质为尼龙610的10mm弹性板上进行跌落试验，可以有效减慢Mises应力到达峰值的时间，起到缓冲的作用。
然后将图1，2和图3对比，我们可以观察到图1，2的曲线为震荡图形，而图3的曲线则较为平坦，应力随时间轴一路向上攀登。由此我们可以推断平跌落时产生应力的能量呈明显的扩散状态，在多次碰撞和反弹中产生应力的能量不断增大及消耗。而20°斜跌落时产生应力的能量都集中于碰撞点，可以认为能量在足够短的时间内几乎没有损失。将图4与图3进行对比也可以发现图4在0 s至14 s有一段圆弧，这说明了这段时间内有碰撞的能量损失。联系到算例4的跌落目标为材质尼龙610的弹性板，这正好说明能量的损失来源于冲击动能转换为弹性势能。而当弹性板吸收了足够的弹性势能，产生应力的能量又继续增大。这也与图4-2的应力云图变化相吻合[11-14] 。

3  总结与展望
3.1  总结
冲击易损度和破损边界曲线注重的是从整体上评定包装的防护能力，不能对容器的结构提供具体的改进优化方案。从力学本质上看，应力是容器强度评估的直接依据，加速度的作用则是通过惯性力产生的应力效应。显然，把包装动力学的研究和应用拓展到应力分析层面，将具有重要的应用意义和价值。
论文首先介绍了论题的意义和背景，然后介绍了CosmosWorks软件的相关计算理论， 然后根据国家包装标准BB/T 0018-2000用Solidworks建立葡萄酒玻璃瓶模型，之后通过Cosmosworks软件对该玻璃瓶进行仿真跌落测试。分析了玻璃瓶在平跌落及与水平面呈20°斜跌落状态下自高度为0.3m处分别跌落至刚性表面和柔性表面时,跌落试验的应力图解、变形趋势及冲击关键点的应力时间曲线图，探讨了玻璃瓶体的应力分布规律，明确了不同状态下跌落时最大应力的位置，对瓶身容易破损的部位有了很好的把握，为结构的优化设计提

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