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1、瓦楞纸的有限元分析目录摘要2Abstract31.绪论51.1课题研究的背景及意义51.2 国内外的研究现状51.3研究基本内容和技术方案61.4研究的目的和意义72 分析方案的选择及流程概述82.1瓦楞纸板概述82.2分析方法的选择及概述103 瓦楞纸板模型的建立113.1 瓦楞纸板的结构113.2 模型的建立123.2.1 solidworks软件的介绍123.2.2 建立模型图的介绍124 优化设计分析过程及流程134.1 ANSYS软件的介绍134.2 模型在ANSYS中的分析过程和流程概述144.3 具体的分析过程结果分析讨论144.3.1开槽长度和宽度为30x3的分析步骤和流程14
2、4.3.2 开槽结构为30x5的分析结果244.3.3开槽结构为35x3的分析结果图284.3.4开槽方向改变后的模型分析。334.3.5开槽位置的变化对瓦楞纸板缓冲性能的影响385.研究总结与展望445.1研究总结445.2 研究展望45参考文献46致谢48摘要瓦楞纸板衬垫是一种逐步代替泡沫衬垫的环保型缓冲包装材料结构 ,符合现代物流与运输包装工业的应用发展趋势。目前对瓦楞纸板性能的研究，国内外取得了很大的进展，并且不断的发展。对瓦楞纸板缓冲性能的研究尤其成为研究的重点，总结国内外的研究了解到，对瓦楞纸板缓冲性能的研究，其方法大都是通过进行大量的试验，对得出的试验数据进行分析，找出瓦楞纸板具
3、有的基本特征， 利用数值分析的方法建立数学模型，再使用优化方法对模型参数进行识别，这种方法既费时又费力还浪费资源，且整个过程极为复杂，容易出错。其研究的内容是外界条件的改变，比如温度，湿度等的改变对瓦楞纸板缓冲性能的影响。本文借助有限元分析软件对瓦楞纸板进行缓冲性能的分析，而此瓦楞纸板是一个带有开槽结构的A型三层瓦楞纸板，主要是对瓦楞纸板的结构在受静载荷情况下对其缓冲性能的分析，通过改变瓦楞纸板的结构而得到不同的分析结果，对比研究这些分析结果从而得到一个在缓冲性能上最优的结构，进而达到优化设计的目的。所得结果对于我们在对我们设计产品的包转结构时更好保护产品发挥瓦楞纸板在结构上的优越性具有重要的
4、指导意义。论文介绍了国内外研究瓦楞纸板的现状以及研究的方法,阐述了瓦楞纸板的一些基本知识和性质，本文主要研究了瓦楞纸板结构在开槽的宽度、长度、方向、位置以及开槽的数量几个方面的改变对其缓冲性能的影响。通过对这几个方面分析出来的结果的比较，研究和讨论得出他们结构的改变对瓦楞纸板缓冲性能会有怎样的影响。研究结果表明：开槽宽度对缓冲性能的影响是开槽宽度越大其缓冲性能越坏，而开槽长度对缓冲性能的影响也有同样的效果，开槽长度越长其缓冲性能越差。对于开槽方向改变后对缓冲性能的影响得出的结论是开槽方向垂直楞型的方向要好于和瓦楞纸板的楞型方向相同的结构。对开槽位置改变后的研究得出了一个初步的结果，得出了一个大
5、概的变化规律，由于时间有限没有做进一步深入的研究。本文的特色在于：研究的方法是利用有限元分析软件，研究的方向和内容是从瓦楞纸板的结构上进行缓冲性能的研究，从而达到优化设计的效果。 关键词：瓦楞纸板，缓冲，有限元分析,ANSYS.AbstractCorrugated cardboard liner is a foam pad to gradually replace the environment-friendly packaging materials buffer structure, in line with the modern logistics and transportation
6、applications packaging industry trends. The current performance of corrugated cardboard, at home and abroad has made great progress, and constant development. Buffer performance of corrugated cardboard are of particular interest to become the focus of the study, summed up the research at home and ab
7、road that the performance of the corrugated cardboard buffer study, the methods are carried out through a large number of tests derived from an analysis of test data to identify corrugated cardboard with the basic characteristics of the methods of numerical analysis using a mathematical model, optim
8、ization method to use to identify the model parameters, this method is time-consuming and also a waste of resources and effort, and the whole process is extremely complicated and prone to error. Their study is the change in external conditions, such as temperature, humidity changes, such as corrugat
9、ed cardboard cushion the impact of performance. In this paper, using finite element analysis software for the corrugated cardboard for the analysis of the buffer line, and the corrugated board is slotted with a three-tier structure of A-type corrugated cardboard, corrugated cardboard is the main str
10、ucture in the case of static load its buffer performance analysis, by changing the structure of corrugated cardboard to be different from the results of the analysis, comparative study of these results in order to get an optimal performance in the buffer structure, which is designed to optimize. The
11、 results for our products in the packages we have designed to better protect the product structure of corrugated cardboard play structure of the superiority of great guiding significance. This paper introduces research the status of corrugated cardboard, as well as research methods, the corrugated c
12、ardboard v. illustrates some of the basic knowledge and nature, this paper studied the structure of corrugated cardboard in the slot width, length, direction, location and number of grooves changes in several aspects of performance of its buffer. Through the analysis of several aspects of the result
13、s of the studies and discussions of their changes in the structure of corrugated cardboard, how will buffer the impact of performance. The results show that: the width of grooves on the buffer performance is the greater the buffer width slotting more bad performance, and slotted the length of the bu
14、ffer the impact of performance has the same effect, the longer the slot length the worse the performance of its buffer. Change direction with the grooves on the impact of the buffer properties of the driving directions to the conclusion that the direction of the vertical type treng better and corrug
15、ated cardboard in the same direction treng type structure. Change the location of the slot after a preliminary study of the results obtained about changes in a law, because of the time did not do further research. In this paper, the characteristics are: the study is to use finite element analysis so
16、ftware to study the direction and content from the structure of corrugated cardboard on the properties of the buffer, so as to achieve optimal design results. Keywords: corrugated board, buffer, finite element analysis, ANSYS.1.绪论1.1课题研究的背景及意义瓦楞纸板因具有无污染、可再生、具有良好的缓冲性能等优点，在包装中得到广泛应用。对于瓦楞纸板的研究，1871年美国人
17、Albert Jones发明单面瓦楞纸板，用于包装玻璃灯罩和类似的易碎物品，获得美国第一个专利权；19世纪末，美国开始研究用瓦楞纸板制作包装运输箱日本于1920年发明双瓦楞纸板。到第二次世界大战时，瓦楞纸箱已代替木箱在运输包装中占到80%。至今，瓦楞纸板已成为现代包装使用最广泛的包装材料之一，瓦楞纸箱产值占包装工业制品总产值的30%以上。我国瓦楞纸箱业起步较晚，1954年才开始推广使用瓦楞纸箱，技术起点也低。改革开放以来，我国瓦楞纸箱业迅速发展。珠江三角洲、长江三角洲及沿海经济发达地区，已经拥有瓦楞生产线2000多条，市场上瓦楞纸板，几乎全部由生产线提供。上世纪7080年代，是我国瓦楞纸箱的单
18、机生产时期；90年代初期到中期的瓦楞单面机生产时期，已经成为历史。经过上世纪前后七、八年的发展，开创了我国瓦楞纸箱生产线生产的新时期。1995年，中国瓦楞纸板年产量仅为74亿平方米，2001年中国瓦楞纸板产量超过130亿平方米，2002年增达141亿平方米，2003年达151亿平方米，已经超过日本而成为继美国之后的世界第2大瓦楞纸板生产国。与蓬勃发展的瓦楞纸板工业相比，包装的科研与学术领域也积极开展了对瓦楞纸板的生产工艺、结构、性能等问题的研究。近年来，随着绿色包装理念的渗入，瓦楞纸板以其可降解和可再生的特性而倍受青睐。环保和可持续发展的理念渗入，已经成为包装设计重点考虑的因素。瓦楞纸板以其环
19、保的特性将会在应用上更为广泛，而瓦楞纸箱也将从运输包装进一步走向销售包装。微型瓦楞和重型瓦楞以及一些新兴的以瓦楞为基础的缓冲材料是瓦楞纸板工业发展的趋势，进而带来的瓦楞纸板等缓冲材料力学特性问题的研究将会更加深入和产业化，相信在计算机技术的高速发展下，这些问题在不久的将来会有新的突破。高德等从原材料、楞型结构、缓冲特性、印刷适性等方面全面地分析了瓦楞纸板作为包装材料的性能，阐述了目前瓦楞纸板研发的状态及瓦楞纸板的发展前景。因此为了更好地利用瓦楞纸板，有必要对它的各种性能及新的结构进行研究和开发，对瓦楞纸板性能的研究具有重大的现实意义。1.2 国内外的研究现状国内很多学者对瓦楞纸板作了很多研究工
20、作，应祖光等将分层分析法用于瓦楞纸板的抗压稳定性分析，得到提高其抗压能力的一些措施;研究了加筋瓦楞纸板的抗压稳定性，获得了筋条的形式、个数、位置对瓦楞纸板抗压性能的影响关系1-2。高德等建立了瓦楞纸板的平压、边压、侧压的静态应力一应变关系模型、非线性粘弹塑性模型及其参数3-4。程小琴等试验研究了4种湿度条件对瓦楞纸板的边压强度、粘合强度、戳穿强度和耐破度的影响关系，发现边压强度、粘合强度随环境湿度的增大而明显下降5。郭彦峰等试验分析了3种高强度瓦楞纸板的耐破度、戳穿强度、平压强度、边压强度等强度特性。刘哗等研究分析了3B、x一PLY旧)型三层瓦楞纸板的强度特性、静态平压应力应变曲线规律，按线性
21、、正弦、正切曲线分段建立了非线性数学模型及其参数6-7。高德等应用ABAQuS有限元分析软件，对AB型瓦楞纸板的静态压缩性能、缓冲性能进行了非线性有限元分析，获得了均布载荷条件下的应力分布、缓冲特性曲线，为瓦楞纸板力学性能的研究提供了一种新方法8-9。郭彦峰等研究分析了环境温湿度对AB型双瓦楞纸板的蠕变及回复特性的影响关系，给出了蠕变一时间曲线的分段式经验公式及其特征系数10。耿敏、熊宏智等试验分析了由瓦楞纸板、蜂窝纸板组成的复合板的刚度，由夹层板理论推导出刚度计算公式11-12。周媛等试验研究了5层瓦楞纸板强度与原纸强度的关系，利用SAS软件计算分析了双瓦楞纸板的边压强度、耐破度的回归方程，
22、为瓦楞纸板强度的预测和纸板的配合方案提供了计算依据13。国外，布列霍特采用Maxwell流体模型、Kelvin固体模型、塑性元件的组合形式，提出了瓦楞纸板的力学模型14。Haln等研究了瓦楞纸板在边压载荷条件下的弯曲特性、压溃变形机理和临界载荷15-16。Gilehrist等基于几何非线性和材料非线性，采用三维壳单元建模，对瓦楞纸板的弯曲、后屈曲、压溃等力学特性进行了有限元分析和试验验证17。基于有限元的瓦楞纸板楞型研究Lu等对瓦楞纸板的初始正弦波瓦楞在垂直载荷条件下控制面板局部压溃、纸板整体变形的作用进行了理论与试验研究18.Nordstrand等基于正交各向异性材料的模型利用有限元法研究分
23、析了瓦楞纸板的面板局部弯曲对纸板整体后屈曲的影响、材料失效准则和压溃载荷19。综上所述，瓦楞纸板有着大量的研究工作，同其他国家相比我国的瓦楞工业仍然比较落后，瓦楞纸板的产量位居世界第二位，但是就瓦楞纸板的利用率来说却不是强国，美国的三层纸箱占瓦楞纸箱总量的90%，五层和七层纸箱不到10%，而中国的五层纸箱占整个纸箱的60%以上，三层的瓦楞纸板仅占20%多一点。1.3研究基本内容和技术方案本文对利用有限元法对瓦楞纸板缓冲性能的研究并在此基础上对瓦楞纸板的结构进行优化设计。基本内容如下:1.选择并确定要研究的瓦楞纸板的结构,2. 对选定的瓦楞纸板对其结构进行建模,建模包括对零件的建模和装配后的瓦楞
24、纸板的结构进行建模。3. 将建模后的瓦楞纸板结构导入有限元分析软件中,对其结构进行缓冲性能的分析。4. 通过对以上结果的分析比较和研究对瓦楞纸板的结构进行优化设计。研究的技术方案:1. 本文研究的对象是三层瓦楞纸板楞型是A型楞。A型楞的特点是单位长度内的瓦楞数量少，而瓦楞最高。使用A型楞制成的瓦楞纸箱,适合包装较轻的物品，有较大的缓冲力。2利用solidworks软件瓦楞纸板的就够进行建模, 在建模时是把三层瓦楞纸板作为一个整体的结构进行建模的。3本文中的用到的有限元分析软件是ANSYS ,将建模后的瓦楞纸板结构导入ANSYS有限元分析软件中,在ANSYS软件中改变影响瓦楞纸板结构尺寸的参数,
25、通过ANSYS软件的分析和运算可以得出反映瓦楞纸板的缓冲性能好坏的数值。4利用有限元软件对瓦楞纸板结构的缓冲性能的分析和研究的结果,在此基础上通过对结果的分析,研究和比较达到对结构优化设计的目的。1.4研究的目的和意义论文介绍了国内外研究瓦楞纸板的现状以及研究的方法，阐诉了瓦楞纸板的一些基本知识和性质，本文主要研究了瓦楞纸板结构在开槽的宽度、长度、方向、位置以及开槽的数量几个方面的改变对其缓冲性能的影响。通过对这几个方面分析出来的结果的比较，研究和讨论得出他们结构的改变对瓦楞纸板缓冲性能会有怎样的影响。本文借助有限元分析软件对瓦楞纸板进行缓冲性能的分析，而此瓦楞纸板是一个带有开槽结构的A型三层
26、瓦楞纸板，主要是对瓦楞纸板的结构在受静载荷情况下对其缓冲性能的分析，通过改变瓦楞纸板的结构而得到不同的分析结果，对比研究这些分析结果从而得到一个在缓冲性能上最优的结构，进而达到优化设计的目的。所得结果对于我们在对我们设计产品的包转结构时更好保护产品发挥瓦楞纸板在结构上的优越性具有重要的指导意义。2 分析方案的选择及流程概述2.1瓦楞纸板概述瓦楞纸(楞纸)是瓦楞芯(原)纸经过起楞加工后形成有规律且永久性波纹的纸;瓦楞纸板是由一层或多层瓦楞纸粘合在若干层纸或纸板之间，用于制造瓦楞纸的一种复合纸板。图2-1瓦楞纸板瓦楞纸板分类的方式很多，主要有瓦楞纸板的层数、瓦楞的楞型及齿形，如表1-1所示。同样的
27、瓦楞纸板名称可能不止一个，如图 1-1中显示的是三层瓦楞纸板和五层瓦楞纸板，它们也分别称为单瓦楞纸板和双瓦楞纸板。表2-1瓦楞纸板的分类生产瓦楞纸板的设备包括单面瓦楞纸机、双面瓦楞纸机及五层瓦楞纸机，其中最基本的设备是单面瓦楞纸机，用于单面瓦楞纸板(由一层面之贴合在瓦楞芯纸上面构成的两层纸板)的生产，其生产流程如图 1-2所示。面纸在进行粘合前要经预热，使其表面受热而有利于粘合。可调位置的压纸辊2可使纸幅紧紧包围着预热缸3o面纸经过导纸辊4、5及弹簧导纸辊6，绕过预热辊7，进入光滑的压力8与成楞的芯纸裱合。瓦楞原纸在压楞之前，先在预热缸16及润湿器12上进行水分调节和熨平。润湿器上装有若干个旋
28、塞。开启旋塞时，带有水雾的蒸汽便喷向纸幅，使原纸水分满足工艺需要。原纸然后进入有一定温度(一般不低于160)的上、下瓦楞轮10和9之间。在上瓦楞辊压力作用下被压制成楞形，然后与涂胶辊11接触，在楞顶处被涂上粘合剂，再经下瓦楞辊旁边的月牙形导纸板18引导成楞形的纸幅，使之贴附在下瓦楞辊的齿上，而后在压力辊8的作用下，与面纸裱合，制成单面瓦楞纸板20。图2-2单瓦楞纸板生产流程示意图由于瓦楞纸板是无污染、可再生的，而且包装时具有缓冲性能，也可以承受一定的压力，因此在包装中得到广泛的应用。对于瓦楞纸板的研究，1871年美国人AlbertJ0nes发明单面瓦楞纸板，用于包装玻璃罩和类似的易碎物品，获得
29、美国第一个专利权;19世纪末，美国开始研究用瓦楞纸板制包装运输箱，日本于1920年发明双瓦楞纸板。到第二次世界大战时，瓦楞纸箱已代替木箱运输包装，占到80%，至今，瓦楞纸板已成为现代包装使用最广泛的包装材料之一，瓦楞纸箱产值占包装工业制品总产值的30%以上。我国瓦楞纸箱业起步较晚，1954年才开始推广使用瓦楞纸箱，技术起点也低。改革开放以来，我国瓦楞纸箱业迅速发展。珠江三角洲、长江三角洲及沿海经济发达地区，瓦楞生产线己经拥有2000多条，市场上瓦楞纸板，几乎全部由生产线提供。上世纪70一80年代，是我国瓦楞纸箱的单机生产时期;90年代初期到中期的瓦楞单面机生产时期，已经成为历史。经过上世纪前后
30、七、八年的发展，开创了我国瓦楞纸箱生产线生产的新时期。1995年，中国瓦楞纸板年产量仅为74亿平方米，2001年中国瓦楞纸板产量超过130亿平方米，2002年增达141亿平方米，2003年达151亿平方米，己经超过日本而成为继美国之后的世界第2大瓦楞纸板生产国21。随着环保和可持续发展理念的渗入，瓦楞纸板以其环保的特性将会在应用上更为广泛，而瓦楞纸箱也将从运输包装而进一步走向销售包装。微型瓦楞和重型瓦楞以及一些新兴的以瓦楞为基础的缓冲材料是瓦楞纸板工业发展的趋势，进而带来的瓦楞纸板等缓冲材料力学特性问题的研究将会更加深入和产业化，相信在计算机技术的高速发展下，这些问题在不久的将来会有新的突破。
31、2.2分析方法的选择及概述本文所研究的内容用到的分析方法是有限元分析的方法，有限单元法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互联结在一起的单元的组合体。它是随着电子计算机技术的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。把某物理结构分割成不同大小、不同类型的区域，这些区域称为单元。根据不同分析学科，推导出每一个单元的作用力方程，组成整个结构的系统方程，最后对该系统方程求解，这一方法就是有限元法。有限元法是一种离散化的数值方法。离散化是有限元方法的基础。必须依据结构的实际情况，决定单元的类型、数目、形状、大小以及排列方式。这样做的目的是：将结构分割成足够小的单元，使得简单位移模型
32、能足够近似地表示精确解。同时单元也不能分割太小，否则会导致计算量过大。由于单元能按不同的联结方式进行组合，且单元本身又可以有不同形状，因此可以模型化几何形状复杂的求解域。有限单元法作为数值分析方法的另一个重要特点是利用在每一个单元内假设的近似函数来分片地表示全求解域上待求的未知场函数。单元内的近似函数通常由未知场函数或及其导数在单元的各个结点的数值和其插值函数来表达。这样一来，一个问题的有限元分析中，未知场函数或及其导数在各个结点上的数值就成为新的未知量(也即自由度)，从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。一经求解出这些未知量，就可以通过插值函数计算出各个单元内场函数的近似值
33、，从而得到整个求解域上的近似解。显然随着单元数目的增加，也即单元尺寸的缩小，或者随着单元自由度的增加及插值函数精度的提高，解的近似程度将不断改进。如果单元是满足收敛要求的，近似解最后将收敛于精确解。经过半个多世纪的发展和在工程实际中的应用，有限元法被证明是一种行之有效的工程问题的模拟仿真方法，解决了大量的工程实际问题，为工业技术的进步起到了巨大的推动作用。目前有限元软件的种类很多，本文应用的是ANSYS，它的通用性较强，具有多种多样的分析能力，从简单的线性静态分析到复杂的非线性动态分析。而且，ANSYS还具有产品的优化设计、估计分析等附加功能。3 瓦楞纸板模型的建立有限元分析的最终目的是还原一
34、个实际工程系统的数学行为特征，也就是说，分析必须是针对一个物理原型的、准确的数学模型。广义上讲，模型包括所有的节点、单元、材料属性、实常数、边界条件，以及其他用来表现这个物理系统的特征，所有这些特征都反映在有限元网格及其设定上面。本章的主要工作是瓦楞纸板的有限元建模，属于分析的前处理部分，决定计算时间及结果的准确性。在充分掌握了有限元软件的分析计算过程基础上，结合瓦楞纸板的实际情况，建立了各种不同结构的瓦楞纸板模型，其结构的不同主要是开槽结构的不同。3.1 瓦楞纸板的结构图3-1瓦楞纸板的结构图根据前面阐述的瓦楞纸板的概况，瓦楞纸板的结构主要由层数和芯层决定。对于层数，只是根据纸张或芯层的数量
35、来确定，是一种很简单的分类方法。对于芯层，它需要从两个方面来描述，一方面是瓦楞纸板的高度和单位长度的瓦楞数量，另一方面是单个瓦楞的具体形状。虽然瓦楞纸板的结构看起来比较简单，但是具体形式却很多，尤其以五层瓦楞纸板或多于五层的瓦楞纸板为最。图3-1中列出了各种不同形式的五层瓦楞纸板，图3.1(a)中两个相同瓦楞的规则排列，图3-1(b)中两个相同瓦楞的不规则排列，图3，1(c)中两个不同瓦楞的规则排列，图3-1(d)中两个不同瓦楞的不规则排列。在瓦楞纸板的生产设计中需要根据瓦楞纸板的实际使用情况选择合适的瓦楞形式，并尽量减小芯层的纸板用量以减少原材料降低成本。本章所研究的内容主要是以单瓦楞纸板（
36、三层）为例，建立有限元模型。具体示意图如图3-2图3-2 单瓦楞纸板结构示意图3.2 模型的建立3.2.1 solidworks软件的介绍Solidworks是一套基于windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统,是由美国Solidworks公司于1995年11月研制开发的三维CAD产品, Solidworks以其优异的性能，易用性和创新性，极大的提高了机械设计工程师的设计效率和质量，目前已成为主流3D CAD软件市场的标准。它功能强大,使用方便,是应用范围十分广泛的中端CAD产品。3.2.2 建立模型图的介绍 所研究的单瓦楞纸板的结构模型是在solidworks软件中建立的,在
37、建模的过程中瓦楞纸板的三层结构分别按不同的零件进行建模,最后在装配在一起。装配后的装配体是要研究的对象。此模型的长宽高分别是120x60x3(mm),所建的模型三维示意图如下图所示：图3-3瓦楞纸板在solidworks中的三维模型示意图4 优化设计分析过程及流程4.1 ANSYS软件的介绍ANSYS公司是一家致力于CAE技术的研究和发展、并通过CAE技术帮助企业优化设计流程的专业化软件公司。该公司成立于1970年，总部位于美国宾西法尼亚州的匹兹堡。ANSYS灵活、开放的解决方案为概念设计到最终测试的设计全过程提供了有效的CAE协同环境，使客户可以在设计的各个阶段大规模采用CAE技术，最大程度
38、地发挥CAE技术对设计流程的优化，从而大幅度缩短研发时间，降低研发费用，提高设计质量。ANSYS（Analysis System ）是一种融结构、热、流体、电磁和声学于一体的大型CAE通用有限元分析软件，可广泛用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利，以及日用家电等一般工业及科学研究。该软件可在大多数计算机及操作系统（如Windows、UNIX、Linux、IRIx和HP-UX）中运行。从PC到工作站，直至巨型计算机，ANSYS文件在其所有的产品系列与工作平台上均兼容。对应分析过程的前处理、求解及后处理3个阶段，
39、ANSYS由如下3个模块组成。1前处理模块ANSYS的前处理模块主要包括参数定义和建立有限元模型。ANSYS程序在建立有限元模型的过程中，首先需要进行相关参数的定义，主要包括定义单位制、定义单元类型、定义单元实常数、定义材料模型和材料特性参数以及定义几何参数等。通过运行一个统计模块，用户还可以预测求解过程所需要的文件大小及内存。ANSYS程序提供了4种建立有限元模型的方法：直接建模、实体建模、输入在计算机辅助设计系统（CAD）中创建的实体模型以及输入在计算机辅助设计系统（CAD）中创建的有限元模型。当然，有的把建模直接分为两种情况的，即直接建模和在CAD软件中建模。同时，ANSYS提供了广泛的
40、模型生成功能，使用户可快捷地建立实际工程系统的有限元模型。2求解模块在前处理阶段完成建模后，用户在求解阶段通过求解器获得分析结果。ANSYS的求解子模块包括结构静应力分析、结构动应力分析、结构非线性分析、动力学分析、热分析、电磁场分析、流体动力学分析、声场分析、压电分析、疲劳、断裂及复合材料分析。在求解阶段用户可以定义分析类型、分析选项、载荷数据和载荷步等选项，然后开始有限元求解。用户需要根据所施加的载荷条件和所要计算的响应选择分析类型。ANSYS程序提供的分析类型为：静态（稳态）分析、瞬态分析、模态分析、谐波分析、谱分析、挠度和子结构2。ANSYS程序的载荷分为位移载荷、力或力矩、面载荷、体
41、积载荷、惯性载荷、耦合场载荷。3后处理模块该模块可以通过友好的用户界面获得求解过程的计算结果并对这些结果进行运算，这些结果可能包括位移、温度、应力、应变、速度及热流等，输出形式有图形显示和数据列表两种。在求解阶段，分析结果写入ANSYS数据库及结果文件中。单个子步的结果作为数据集保存，每个数据集可用的数据量和类型由所完成的分析类型及求解阶段设置的选项来控制。对于某个分析的每一载荷步，用户可指定每个子步、最终子步或最终子步和中间子步的组合写数据集，可以选择写数据组的范围，如位移、应力及反作用力。4.2 模型在ANSYS中的分析过程和流程概述采用ANSYS对结构模型进行分析的过程分为前处理、求解和
42、后处理分析三个步骤。前处理包括参数的定义、实体建模和网格划分。参数定义就是对所要建的模型材料进行定义。其中网格划分是这一部分是重点，因为网格划分的大小和方法直接影响到分析出来的结果的精确度，以及需要的计算机的资源和计算的时间。对所分析产品进行造型，可以在ANSYS中建，但比较复杂的模型在SolidWorks、UG等软件中建。由前面的叙述知道本文研究的模型是在SolidWorks中创建的，创建之后再导入ANSYS中。求解部分中对载荷的施加也是重要的部分。本文分析中分析的类型是静力分析，施加的载荷是面载荷。对模型施加一个方向向下的均匀的面载荷，大小为2000Mpa,分析过程是按照线性分析的，同时为
43、了简化分析过程，我把整个瓦楞纸板的材料设成是同样的。ANSYS的后处理功能十分强大，可以方便直观的显示应力和应变分布图，可以通过等色图或精确量化的形式得到,还可以得到位移、速度、加速度等的时间历程曲线。4.3 具体的分析过程结果分析讨论4.3.1开槽长度和宽度为30x3的分析步骤和流程1定义工作文件名将文件名定义为Graduation design 将工作标题改为An analysis of corrugated cardboard2定义单元类型与材料属性在划分网格之前需要定义单元属性。单元属性是指在划分网格之前必须指定的要分析的对象的特征，其特征包括3个方面：材料属性、单元类型、实常数。a.
44、 定义单元类型ANSYS单元库中有190多种单元，其数目随着计算机技术和材料的发展不断地增大。对于大多数用户而言，需要根据分析类型选择单元类型。在结构分析中，结构及分析状态决定单元类型的选择。通常，选择单元的原则时尽量选用维数比较少的单元来达到预期目的。对于复杂的结构分析，应当考虑建立两个甚至更多不同复杂程度的模型作对比分析，尽量获取最佳分析效果。壳单元（Shell单元）用于薄平板或曲面模型。选择壳单元的基本原则是板的边长不小于其厚度的10倍，而且比值越大越精确。三维实体单元对于几何、材料、载荷或分析结果要求考虑的细节等原因造成的无法采用简单单元解析的建模的结构只能采用三维实体单元。本文在研究
45、分析的模型中选取最为常用的SOLID45单元类型,具体的操作步骤如下:在ansys中执行下面的命令main menupreprocessorelement typeadd/edit/delet 分析结构类型选择stuctural solid单元类型选择brick 8 node 45。b. 定义材料特性ANSYS分析中所有材料必须定义材料属性，如本文结构分析需要定义材料的弹性模量、泊松比。弹性模量即在弹性范围内大多数材料服从虎克定律，即变形与受力成正比。纵向应力与纵向应变的比例常数就是材料的弹性模量E，也叫杨氏模量；泊松比即在材料的比例极限内，由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变
46、之比的绝对值了解材料属性的参数后，定义材料属性其具体操作步骤如下:执行命令 main menupreprocessormaterial propsmaterial models 在出现的对话框中一次双击 stuctural ,linear, elastic, isotropic, 在弹出的对话框中输入瓦楞纸板模型的弹性模量和泊松比,分别为3100Mpa, 0.38数值.余本农 蔡惠萍.瓦楞纸板力学性能的试验研究.3导入分析几何模型定义完单元类型和材料属性后就开始导入模型,ANSYS程序提供两种无何图形传递工具，同时提供几何模型修复工具对读入的实体模型进行修复，保证能成功地进行网格划分。通常的修
47、复包括是否忽略细小的几何特征，消除模型的不连续特征，如微小间隙、重叠以及穿透等，自动进行图元合并和创建几何体。导入模型后，还可以进行简化模型工作，进一步提高网格划分的质量，减少划分的单元模型。ANSYS提供两种图像接口：第一种是通过标准IEGS文件导入。该方法一般要经过从CADIGESANSYS的转换过程，如图4-1所示：操作简单，理论上讲，任何CAD软件的输出格式都可以通过IGES格式导入到ANSYS中，但IGES格式存在一些不足，以IGES格式的转换是以牺牲图形文件的诸多信息为代价的。ANSYS输入SolidWorks标准数据库格式ANSYSCAD输出图4-1 ANSYS与SolidWor
48、ks的数据交换流程第二种是通过PARA，它提供了一个可供相互操作的数据管道，使用已经成为标准的XT文件格式，允许基于PARA的系统共享和几何数据库交换，而不需要进行任何的数据交换。在本设计中，采用了第二种方法导入到ANSYS中，因为模型相对来说比较简单，虽然信息有一点丢失，但不是很严重。具体的导入步骤如下a.将在SolidWorks中建的瓦楞纸板结构的模型，另存为 *.x_t格式，即保存类型选择Parasolid(*.x_t)，文件名必须是英文或数字。输出 对话框钟，选择 所有实体。b.把ANSYS工作目录设置成刚才保存*.x_t文件的文件夹。同样,这个目录里也不能出现任何中文。 c.运行ANSYS，FileImportPARA.左侧框中就会看到刚才生成的*.x_t文件,选中OK,导入完成。d.现在
