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噴霧瓶抗壓虛擬設計探討

來(lái)源：中華包裝瓶網(wǎng) 編輯：mytjbyd 發(fā)表時(shí)間：2010/4/4 22:58:26

　由于裝箱及運輸的需要，在很多箱堆積起來(lái)后，經(jīng)常發(fā)現噴霧瓶受壓縮而產(chǎn)生變形，原有的噴霧瓶設計方案不能滿(mǎn)足要求，但如果每箱中能夠多放置一些瓶子，就可以

減少運輸成本。使用虛擬優(yōu)化工具OptiStruct重新設計的噴霧瓶，在節約成本和改進(jìn)產(chǎn)品性能上取得了突出的效果。
　　OptiStruct是由美國Altair工程公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)基于有限元的結構優(yōu)化設計工具，可以根據給定的整體信息生成概念設計方案。給定載荷、約束和產(chǎn)品的性能要求以后，OptiStruct可以設計出產(chǎn)品外形，這個(gè)設計在滿(mǎn)足性能要求的同時(shí)定義好了肋、筋以及沖壓的形式。優(yōu)化設計可以幫助設計者開(kāi)發(fā)出全新的設計。這項技術(shù)的使用通常能帶來(lái)設計性能的提高，同時(shí)比傳統方法更快地讓用戶(hù)達到設計的目標。
　　虛擬優(yōu)化
　　在傳統的開(kāi)發(fā)流程中，計算機技術(shù)往往只被用于設計(CAD)和工程仿真(CAE)階段，因此在整個(gè)設計階段都要不斷地反復和協(xié)調。利用OptiStruct，在概念設計階段就使設計滿(mǎn)足需求，大大減少反復，從而為產(chǎn)品創(chuàng )新節約出時(shí)間并縮短產(chǎn)品投放市場(chǎng)的周期。
　　同時(shí)，OptiStruct的4種優(yōu)化功能更是能夠滿(mǎn)足不同行業(yè)、不同產(chǎn)品的設計要求：
　　1.拓撲優(yōu)化：可以在給定的設計空間中確定最優(yōu)的材料分布，減少非關(guān)鍵區域的材料分布；
　　2.形貌優(yōu)化：可以在薄壁零件上確定壓延筋的布局；
　　3.形狀優(yōu)化：用于修改現有部件的形狀；
　　4.尺寸優(yōu)化：可以設計理想部件各種的參數。
　　而且，概念設計方法和工業(yè)設計方法的結合使用，實(shí)現了三個(gè)關(guān)鍵的目標：增加噴霧瓶子和裝瓶箱子的數量、減少包裝所需要的材料和降低瓶重。由于采用了優(yōu)化方法，與傳統設計方法相比，人們可以在更少的時(shí)間里找到更好的裝瓶方案。對這一新的設計方案，需要考慮的設計和包裝標準包括：
　　1.噴霧瓶子的設計空間；
　　2.性能(在頂部載荷、填充和跌落載荷工況下) ；
　　3.標簽區域；
　　4.載荷工況的選擇；
　　5.每箱中的瓶數；
　　6.堆積高度；
　　7.噴霧瓶子的方向；
　　8.瓶體的尺寸。
　　模擬噴霧瓶設計
　　為了了解噴霧瓶的基本性能，我們對一個(gè)現成的32盎司的噴霧瓶進(jìn)行頂壓、填充和跌落的仿真模擬。圖1顯示了頂部受壓的瓶子在變形后形狀上的應力云圖，右邊是力與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)圖。

　　圖2顯示這個(gè)瓶子在填充和跌落狀態(tài)時(shí)瓶子的應力云圖和變形情況。
　　在此基礎上進(jìn)行了一個(gè)預研性質(zhì)的研究，選擇了5個(gè)高度固定，但長(cháng)度和寬度不同的瓶子設計方案。此項研究對一些要素進(jìn)行了排列，例如：瓶子的穩定性、每個(gè)托盤(pán)的瓶數、堆放模式和設計可行性。最后在這次研究中形成了圖3中的8種概念設計草圖。

　　根據工業(yè)設計經(jīng)驗，對上述8種概念設計方案進(jìn)行了排序和評估，考慮的因素包括：有效容積、標簽區域、美學(xué)、把手形狀、頂部負荷能力及制造等等。根據這些排序和評估的結果，最后選擇了RADIUS方案，圖4為3D的模型。該模型隨后將被用于優(yōu)化結構的性能。

　　優(yōu)化設計新瓶型
　　工程人員接著(zhù)利用OptiStruct軟件對該結構進(jìn)行了形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化的組合設計，從而在求重量最小化的同時(shí)，優(yōu)化其對頂部負荷、填充、跌落等工況下的強度性能。圖5表明了瓶子形狀變量的位置，它們包括，形狀變量1（Shape variable1）和形狀變量2(Shape variable 2)，以及尺寸優(yōu)化的變量范圍（t1～t8），不同的位置設定不同的厚度。瓶子的最頂部瓶嘴處由于要擰接瓶蓋，因此不作為設計空間（Non design

　　圖6中是優(yōu)化設計結果，可以看到瓶子不同高度處的厚度是不等的，而且在兩個(gè)形狀變量的位置處結構也發(fā)生了變化

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