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基于有限元的包装系统全系统模拟方法，用于包装系统的改进设计和操作

引入减少包装废物的立法要求消费品制造商使用重量更轻的材料，并增加回收材料的使用。这就要求机械制造商提供能够处理这些材料和新包装设计的高度灵活的机器和工具。然而，由于缺乏对机器-材料相互作用的基本理解以及产生这种理解的能力，制造商实现这一目标的能力受到阻碍。克服这一点的一个方法是使用先进的模拟工具来表示整个系统，包括机器、过程、材料和产品。

已经创建了基于有限元的模拟来表示包装系统的过程中行为。该模拟集中在纸箱的折叠和直立状态之间的临界转变。为了成功模拟这样一个复杂的过程，在包装材料及其特性的表示、加工过程中材料行为的变化、机械模拟和过程建模(模拟加工过程中发生的界面相互作用)方面存在许多重大挑战。

从四个方面讨论了全系统模拟在改进设计和操作中的应用:工具的设计和设置、最佳工艺设置的确定、材料特性的说明和包装的设计。在所有情况下，在理论结果和实际获得的结果之间观察到很强的相关性，从而能够产生定量的理解和定量的规则。

关键词:纸板、有限元分析、包装

引言

包装对于快速消费品行业的成功至关重要。除了保护内容物，包装还为产品制造商提供广告，为消费者提供信息。欧洲包装行业价值* 1300亿欧元，欧洲每年消耗7410万吨包装材料。1最大的单一部门是纸和纸板，占总数的43%。在这个领域中，最广泛使用的包装解决方案之一是折叠纸盒。欧洲折叠纸盒行业价值66亿欧元，雇佣约57 0 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 能力的一种方式。作为研究生产过程的一种手段，基于有限元方法的数值技术正日益补充甚至取代实验试验和改进。有限元技术之前已被应用于包装行业的多种工艺建模，如纸杯边缘成型、10塑料薄膜处理8-11和塑料瓶成型。12纸张行为也已在微观结构层面建模。13-15然而，很少有关于包装纸箱行为的研究，这些研究集中于密封纸箱对静态载荷的响应16和纸箱竖立的简化情况。7重要的是，之前的工作仅考虑纸箱材料本身，而不考虑工艺和机器系统。

为了解决纸箱行业缺乏计算设计工具的问题，已经使用商业有限元建模软件创建了纸箱竖立的模拟。该模型是独特的，因为它考虑了纸箱的行为及其与包装机在一个共同的建模环境中的相互作用。一个狭窄的纸箱截面最初被建模17以模拟正常打开的情况。这个模型后来扩展到包括整个纸箱几何形状和模拟屈曲故障的能力也被成功纳入。18该模型已被应用于调查机器设置对过程性能的影响。19

与用于各种工具和机器过程参数的设置同等重要的是包装本身的机械性能。本研究建立在先前工作17-19的基础上，调查了有限元模拟20-22的能力，以探索机器和工艺设置、材料和包装特性的变化的影响，从而改进设计和操作。

本文首先讨论了模拟包装系统的挑战。然后描述了折叠纸盒和普通类型包装系统的特征，并用来说明整个系统模拟的特殊挑战。然后总结了该过程的有限元模拟的构造，并通过四个基本的操作和设计任务详细探讨了模拟支持包装系统的改进设计和操作的能力。

模拟包装系统

模拟包装材料

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