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木托盘受力性能理论分析

来源:      2018/8/20 12:32:31      点击:
目的:对木托盘静载堆码时的力学性能进行理论分析和有限元模拟。
方法:建立木托盘顶铺板和铺板的力学模型,通过理论计算获得选用松木和杨木LVL 两种不同材料时的最大应力和最大挠度;按国家标准建立木托盘有限元模型,进行网格划分、施加载荷和约束后,获得选用松木和杨木LVL 两种不同材料时的最大等效应力值和最大变形量,并与理论分析结果进行了对比分析。
结果:分析结果表明,理论分析和有限元分析结果规律一致,最大应力均出现在中间铺板上,最大变形均发生在顶铺板上,且数值差距较小,两种分析方法是合理可行的。
结论:研究为木托盘的性能分析提供了有效的方法。
托盘是产品在储存和运输中最基本的集装单元,在商品流通中具有广泛应用。目前我国现有托盘的总数量在一亿个以上,其中木质托盘约占90%左右。多年来,我国木质托盘存在设计理论方法不完善、基础技术参数较缺乏等问题,导致木质托盘设计不当。木托盘的承载能力决定了包装货物受保护程度及物流的效率,其抗弯力学性能是承载能力的重要体现。
国内许多学者在托盘设计、受力分析,以及有限元法的应用得等方面开展了积极探索。国外Lim利用有限元法对托盘的静态变形进行比较研究;Ratnam利用有限元法对托盘三维变形进行了研究;Masood利用有限元法进行托盘设计;Hicks基于有限元方法研究了包装系统仿真,以提高设计质量。
国内何为宏对木质托盘铺板进行受力分析与设计;刘锋枫研究了均布载荷下木质托盘抗弯力学性能;朱兆明研究了竹制通用平托盘制作工艺与力学性能;魏占国研究了木塑托盘力学性能测试方法。这些研究为托盘的理论分析奠定了基础。
为更进一步分析托盘的力学性能,很多研究人员也对其开展了有限元分析。马卫静基于ANSYS 对托盘板材在静态承重与叉车叉起时的力学性能进行分析;王艳菊基于ANSYS对托盘弯曲承载特性进行分析,并进行试验验证;丁毅基于ANSYS Workbench 分析了轻质托盘承载性能;邱鹏飞基于ANSYS 分析了大型机电产品包装箱力学性能;李杨基于SolidWorks 对托盘结构进行有限元分析及优化设计。这些研究有效促进了有限元仿真技术在托盘设计中的应用。
本文以松木和杨木LVL 两种不同材料的木托盘为研究对象,通过理论分析和ANSYSWorkbench 有限元软件对木托盘受均布载荷作用下的应力和变形情况进行分析,以对木托盘的设计和应用提供理论依据。
理论分析
木托盘结构
木托盘结构如图1 所示,顶铺板、铺板、底铺板是木托盘的重要组成部分,托盘的承载能力通常是以铺板的承载能力为度量的。通常情况下,木托盘的挠度也是以铺板的挠度为度量的,当沿铺板两端支撑时,铺板在中间处的挠度最大。
本文的分析对象为单面使用四向进叉木托盘,托盘尺寸按GB/T 2934-2007[14]所规定的1200×l000 mm ,顶铺板、铺板、底铺板均使用宽度为100 mm 、厚度为18 mm 的板材。