2 結(jié)果與討論
2.1 緩沖結(jié)構(gòu)單元的載荷$變形曲線的分析
紙漿模塑緩沖制品由多個(gè)緩沖結(jié)構(gòu)單元組成,因此,研究獨(dú)立的緩沖結(jié)構(gòu)單元的緩沖性能是十分重要的。本實(shí)驗(yàn)首先測(cè)定并研究了肋狀緩沖結(jié)構(gòu)單元的載荷-變形曲線(如圖2),它是緩沖結(jié)構(gòu)元典型的載荷-變形曲線。
由圖2看出,紙漿模塑緩沖結(jié)構(gòu)單元的載荷-變形曲線和瓦楞紙箱的載荷!變形曲線十分相似,受壓過程分為3個(gè)階段,即OA 段、AB段和BC段??梢哉J(rèn)為在紙漿模塑制品中,正是一些類似箱狀或盒狀的結(jié)構(gòu)起著緩沖作用。
(1)OA階段 在緩沖結(jié)構(gòu)單元的載荷-變形曲線中,過原點(diǎn)0作曲線的切線,與曲線交于一點(diǎn)A,這段曲線呈直線狀態(tài),緩沖結(jié)構(gòu)單元發(fā)生彈性變形時(shí),符合虎克定律,即施加一定的外力,試樣會(huì)產(chǎn)生與負(fù)荷成正比的變形。A 點(diǎn)為產(chǎn)生彈性變形的極限變形點(diǎn),OA段可以稱為試樣的彈性階段。在這一階段中,試樣在外觀上無明顯變化,表現(xiàn)在曲線上為壓縮力和變形量同步增加。因?yàn)樵谥破返睦w維之間存在一定的間隙,當(dāng)施加外力時(shí),纖維間的距離逐漸縮小,導(dǎo)致變形發(fā)生,同時(shí),纖維本身具有抵抗外力的作用,試圖伸直,不至于發(fā)生彎曲。在此階段內(nèi),當(dāng)施加的壓縮力撤消時(shí),試樣會(huì)回復(fù)到原來的狀態(tài)。OA段的斜率和大小與漿料配比、緩沖結(jié)構(gòu)單元形狀和側(cè)壁的斜度有關(guān)。
(2)AB 階段當(dāng)壓縮力繼續(xù)增加時(shí),試樣變形進(jìn)入第2個(gè)階段—— 塑性變形階段,B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓縮力為最大載荷,此階段內(nèi),試樣變形程度越來越大,在曲線上反映出變形量增加較快,而壓縮力增加速度減慢,曲線不成線性關(guān)系。這是由于試樣被壓縮過程中,纖維的狀態(tài)發(fā)生變化,由原始狀態(tài)開始發(fā)生彎曲,同時(shí),纖維間的結(jié)合受到初步破壞。纖維產(chǎn)生的抗彎變形能力使壓縮力達(dá)到最大點(diǎn)B,此階段的壓縮量是不可完全恢復(fù)的。
(3)BC階段 當(dāng)壓縮力超過最大點(diǎn)后,試樣進(jìn)入到第3階段—— 壓潰變形階段。外觀上看,試樣破壞程度逐漸加大。在曲線上,表現(xiàn)為變形量繼續(xù)加大,但壓縮力開始下降。此時(shí),纖維之間產(chǎn)生了較大的位移,纖維間的結(jié)合已被破壞,喪失了承載能力,使得試樣承載力下降,該階段產(chǎn)生的變形是完全不可恢復(fù)的。圖2還可以看出:在論文的實(shí)驗(yàn)條件下,A點(diǎn)的載荷是最大載荷的80%以上,也就是說,當(dāng)緩沖結(jié)構(gòu)單元的載荷小于最大載荷的+,-時(shí),緩沖結(jié)構(gòu)單元將發(fā)生彈性變形,該材料具有很好的恢復(fù)性,而具有恢復(fù)性是緩沖包裝材料的重要特征之一,因此,A 點(diǎn)的載荷,也就是最大靜載荷的+80%,對(duì)緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。為了得到更充分的驗(yàn)證,測(cè)試了多個(gè)緩沖結(jié)構(gòu)單元的載荷-變形曲線,并計(jì)算了A點(diǎn)載荷與最大載荷的比值(見表1),這些結(jié)構(gòu)單元的漿料配比、形狀和側(cè)壁斜度均相同。由表) 數(shù)據(jù)可知,A點(diǎn)的載荷是最大靜載荷的80%左右。也就是說,結(jié)構(gòu)單元的漿料配比、形狀和側(cè)壁斜度均相同的情況下,產(chǎn)生彈性變形極限載荷與最大載荷比值恒定。
(待續(xù))
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