球体斜碰撞下包装材料能量传递及转换的试验研究

王庆朋，李威，王恒，王振锋，李德峰，徐广印

球体斜碰撞下包装材料能量传递及转换的试验研究

王庆朋1,2，李威1，王恒1，王振锋1,2，李德峰1，徐广印1,2

（1.河南农业大学 机电工程学院，郑州 450002；2.农产品冷链物流信息与装备技术河南省工程实验室，郑州 450002）

针对在球体斜碰撞过程中，包装材料界面能量变化及其量化表征的问题，基于碰撞接触面的几何特征，提出外加能量吸收率、传递率和转换率的计算模型。首先，分析球体斜碰撞接触面的几何特征，利用基圆和滑移面面积建立能量吸收率、传递率，以及不同方向能量比率的数学表达式。然后，通过搭建球体自由跌落斜碰撞测试平台，分析冲击角、衬垫厚度、跌落高度、球体直径和材料密度对能量参量的影响。通过碰撞接触面积计算能量吸收率和转换率，遵循了能量守恒定律，具有可行性；能量吸收率在75%以上，并随着跌落高度、球体直径和密度增加而变大，而冲击角对能量吸收率的影响较小；法向能量比率随着冲击角增加、球体直径减小而下降，切向能量比率与此相反，跌落高度和密度对能量比率无明显影响；在给定工况下，衬垫的最佳吸能厚度为4 mm。文中的分析有助于包装材料碰撞界面处能量变化以及接触特性的研究。

包装材料；斜碰撞；接触面积；能量吸收；传递与转换

为了避免产品在流通过程中因受到振动和冲击等外加载荷作用而产生破损，合理的缓冲包装是必不可少的，这对整个系统的动态响应、接触表面摩擦和磨损等都有着重要影响[1-3]。……