王彬

摘 要：通過(guò)舉例說(shuō)明，在產(chǎn)品脆值的定義和討論基礎(chǔ)上，對(duì)如何提高電視機(jī)產(chǎn)品的脆值，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與包裝設(shè)計(jì)之間的關(guān)系進(jìn)行了分析。對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和包裝設(shè)計(jì)在緩沖包裝中得到的啟示進(jìn)行了探討，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和包裝設(shè)計(jì)中有限元數(shù)值模擬的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：電視機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；機(jī)械沖擊脆值；緩沖包裝設(shè)計(jì)

家電產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和包裝設(shè)計(jì)雖然是一個(gè)多目標(biāo)、多約束要求的任務(wù)，但同時(shí)也作為一個(gè)整體任務(wù)而存在。在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，除了要滿足產(chǎn)品自身功能外，也要考慮到后續(xù)的包裝設(shè)計(jì)，我們?cè)谶@里提到的包裝設(shè)計(jì)主要指緩沖包裝設(shè)計(jì)，緩沖包裝設(shè)計(jì)能直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和成本控制，只有把產(chǎn)品設(shè)計(jì)和包裝設(shè)計(jì)集合在一起，整體效果才能清晰的顯現(xiàn)出來(lái)。

1 脆值的概念與發(fā)展

涉及到產(chǎn)品與包裝設(shè)計(jì)的其中一個(gè)重要概念，即脆值。脆值泛指產(chǎn)品的耐沖擊能力，即產(chǎn)品不產(chǎn)生功能損傷或功能失效所能承受的沖擊極限。只有全面了解了脆值定義，在實(shí)際設(shè)計(jì)中對(duì)脆值在方向性上具備的差異合理應(yīng)對(duì)，才能設(shè)計(jì)出合格的產(chǎn)品和包裝設(shè)計(jì)。

在家電行業(yè)中，產(chǎn)品不發(fā)生物理?yè)p傷或功能失效所能承受的重力加速度和最大加速度的比值，即稱為G值，用G來(lái)表示，目前在家電行業(yè)中廣泛使用。但是，產(chǎn)品的耐沖擊能力不是單一受到峰值加速度影響，沖擊波形、持續(xù)時(shí)間等元素也會(huì)對(duì)產(chǎn)品的耐沖擊力變化產(chǎn)生影響。隨著包裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)的發(fā)展，破損邊界的概念更多的應(yīng)用到了包裝設(shè)計(jì)中，從多種元素量變化突破了設(shè)計(jì)人員對(duì)舊有包裝設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，意識(shí)到保證產(chǎn)品安全上采用的矩形脈沖估算方法相對(duì)傳統(tǒng)，無(wú)法全面解決各個(gè)因素對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生的沖擊，若想解決上述問(wèn)題，必須找到預(yù)測(cè)產(chǎn)品破損的方法，才能有效降低產(chǎn)品損失[1]。

2 脆值的確定及提高產(chǎn)品脆值的方法

經(jīng)驗(yàn)估算法、試驗(yàn)測(cè)定法都可作為脆值的確定方法，其中試驗(yàn)測(cè)定法是屬于比較精確的方法，但相對(duì)其精確度對(duì)來(lái)說(shuō)，試驗(yàn)成本也很高，因?yàn)檫@種方法必須具備側(cè)錄儀器和試驗(yàn)設(shè)備才可以。但是由于脆值試驗(yàn)所具備的破壞特性，對(duì)于單價(jià)很高，并且更新?lián)Q代很快的電視機(jī)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)并不合適。

通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)的研究顯示，在結(jié)構(gòu)失效問(wèn)題上，局部裂紋、表面摩擦損傷等外殼問(wèn)題占據(jù)了主要影響因素，還有由結(jié)構(gòu)失效引起的液晶屏和顯像管破損、移位等，因此，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品和包裝時(shí)要仔細(xì)分析液晶屏、外殼和包裝三者之間的受力關(guān)系，在提高產(chǎn)品脆值的同時(shí)，尋求到產(chǎn)品設(shè)計(jì)和包裝設(shè)計(jì)之間成本的平衡[2]。

3 緩沖包裝的力學(xué)模型及對(duì)包裝設(shè)計(jì)的啟示

變形過(guò)程中產(chǎn)生的能量損耗是泡沫塑料緩沖機(jī)理，一般包括（1）由基體變形產(chǎn)生的能量損耗；（2）基體單元間摩擦產(chǎn)生的能量損耗；（3）開(kāi)孔泡沫塑料中流體的粘性流動(dòng)產(chǎn)生的能量損耗；（4）閉孔結(jié)構(gòu)中氣體的不可逆壓縮產(chǎn)生的能量損耗。因此，在設(shè)計(jì)緩沖包裝時(shí)，要想緩沖效果越好，所選取的緩沖材料單位體積吸收能量就要越大。我們可以用C代表緩沖系數(shù)，Q代表作用于緩沖材料上的應(yīng)力，E代表單位體積緩沖材料所吸收的能量，用公式來(lái)表示，即：C=Q/E，從這個(gè)公式我們可以看出，當(dāng)緩沖材料單位體積吸收的能量越多，則緩沖系數(shù)越小。

在電視機(jī)設(shè)計(jì)中，難以界定易損件。但在理論上我們可以得出這樣的結(jié)論，產(chǎn)品主體設(shè)計(jì)和包裝設(shè)計(jì)之間存在著密不可分的內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)于能夠有效減低沖擊響應(yīng)幅值的阻尼問(wèn)題，我們要從理論上和實(shí)踐上都提高認(rèn)識(shí)，從而降低易損件對(duì)外界的沖擊影響。

4 緩沖包裝設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法及有限元數(shù)值模擬的應(yīng)用

發(fā)泡聚苯乙烯（EPS）作為目前家電行業(yè)中使用最廣泛的緩沖材料，對(duì)其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性研究已經(jīng)非常成熟。緩沖包裝設(shè)計(jì)的基本方法是緩沖系數(shù)-最大應(yīng)力曲線（C-m）法與最大加速度-靜應(yīng)力曲線（G-s）法。闡述了產(chǎn)品設(shè)計(jì)與緩沖包裝之間的關(guān)系，對(duì)于包裝設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

目前，作為輔助產(chǎn)品和包裝設(shè)計(jì)的一個(gè)重要工具，越來(lái)越廣泛的應(yīng)用有限元仿真軟件，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行仿真跌落分析，從而達(dá)到優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和包裝設(shè)計(jì)的目的。

在產(chǎn)品和包裝設(shè)計(jì)完成后，運(yùn)用數(shù)值模擬的方法提前對(duì)產(chǎn)品的包裝和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)進(jìn)行了解，有效優(yōu)化產(chǎn)品和包裝設(shè)計(jì)。有限元仿真軟件對(duì)于跌落時(shí)產(chǎn)品和包裝的各個(gè)位置的應(yīng)力和變形，及指定位置的加速度曲線，這些我們?cè)u(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵指標(biāo)都能計(jì)算出來(lái)。

當(dāng)然，實(shí)際的試驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果無(wú)論使用哪種有限元軟件都會(huì)有些出入，其原因是很多方面的：比如有限元模型中理論材料參數(shù)和產(chǎn)品外殼和包裝的真實(shí)材料參數(shù)之間存在的差異，選取的電視機(jī)不同計(jì)算部位，結(jié)構(gòu)件之間的聯(lián)結(jié)和接觸的處理方法，以及阻尼值的考慮等多種因素。在實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)樵囼?yàn)設(shè)備和人為操作的元素，有限元仿真模擬的處理是按照理想跌落方向進(jìn)行的，而試驗(yàn)中對(duì)緩沖包裝件跌落方向卻不能與模擬完全保證一致，這就導(dǎo)致了試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)了一定的誤差。同時(shí)，影響試驗(yàn)結(jié)果差異的因素還包括試驗(yàn)環(huán)境、跌落情況等。因此，模擬數(shù)值結(jié)果在實(shí)際設(shè)計(jì)中，只能作為參考來(lái)使用，不能成為根本設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在數(shù)值模擬方面提出了機(jī)電產(chǎn)品穩(wěn)健設(shè)計(jì)優(yōu)化概念的最新成果，對(duì)設(shè)計(jì)人員具有積極啟示意義。一套適合自己公司的產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)的建立，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員將設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和數(shù)值模擬有效統(tǒng)一結(jié)合，通過(guò)不斷的設(shè)計(jì)、模擬與試驗(yàn)產(chǎn)生的產(chǎn)品結(jié)晶[3]。

5 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和包裝設(shè)計(jì)在實(shí)際的電視機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，其關(guān)系非常密切。產(chǎn)品的脆值是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的因素，因此，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中要重點(diǎn)關(guān)注，從而打好緩沖包裝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。同時(shí)，為了產(chǎn)品在運(yùn)輸安全和包裝設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性上得到保證，對(duì)緩沖材料的特性能夠更充分的利用，就要了解緩沖材料的基本特性和緩沖包裝的力學(xué)模型。同時(shí)有效利用有限元數(shù)值模擬軟件，爭(zhēng)取達(dá)到縮短設(shè)計(jì)周期、降低成本、優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]申剛.電視機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和緩沖包裝設(shè)計(jì)關(guān)系探討[J].廣西輕工業(yè)，2011，5（03）15-26.

[2]張聚杰.包裝襯墊疲勞強(qiáng)度與疲勞緩沖性能的研究[D].江南大學(xué)，2010，6（02）35-56.

[3]梅林王.緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺析[J].中國(guó)包裝，2011，6（05）56-63.