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噴霧瓶抗壓虛擬設(shè)計(jì)探討

來源：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(yùn)輸?shù)男枰诤芏嘞涠逊e起來后，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)噴霧瓶受壓縮而產(chǎn)生變形，原有的噴霧瓶設(shè)計(jì)方案不能滿足要求，但如果每箱中能夠多放置一些瓶子，就可以

減少運(yùn)輸成本。使用虛擬優(yōu)化工具OptiStruct重新設(shè)計(jì)的噴霧瓶，在節(jié)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工程公司開發(fā)的一個(gè)基于有限元的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工具，可以根據(jù)給定的整體信息生成概念設(shè)計(jì)方案。給定載荷、約束和產(chǎn)品的性能要求以后，OptiStruct可以設(shè)計(jì)出產(chǎn)品外形，這個(gè)設(shè)計(jì)在滿足性能要求的同時(shí)定義好了肋、筋以及沖壓的形式。優(yōu)化設(shè)計(jì)可以幫助設(shè)計(jì)者開發(fā)出全新的設(shè)計(jì)。這項(xiàng)技術(shù)的使用通常能帶來設(shè)計(jì)性能的提高，同時(shí)比傳統(tǒng)方法更快地讓用戶達(dá)到設(shè)計(jì)的目標(biāo)。
　　虛擬優(yōu)化
　　在傳統(tǒng)的開發(fā)流程中，計(jì)算機(jī)技術(shù)往往只被用于設(shè)計(jì)(CAD)和工程仿真(CAE)階段，因此在整個(gè)設(shè)計(jì)階段都要不斷地反復(fù)和協(xié)調(diào)。利用OptiStruct，在概念設(shè)計(jì)階段就使設(shè)計(jì)滿足需求，大大減少反復(fù)，從而為產(chǎn)品創(chuàng)新節(jié)約出時(shí)間并縮短產(chǎn)品投放市場的周期。
　　同時(shí)，OptiStruct的4種優(yōu)化功能更是能夠滿足不同行業(yè)、不同產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求：
　　1.拓?fù)鋬?yōu)化：可以在給定的設(shè)計(jì)空間中確定最優(yōu)的材料分布，減少非關(guān)鍵區(qū)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(xiàn)有部件的形狀；
　　4.尺寸優(yōu)化：可以設(shè)計(jì)理想部件各種的參數(shù)。
　　而且，概念設(shè)計(jì)方法和工業(yè)設(shè)計(jì)方法的結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)了三個(gè)關(guān)鍵的目標(biāo)：增加噴霧瓶子和裝瓶箱子的數(shù)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(tǒng)設(shè)計(jì)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(duì)這一新的設(shè)計(jì)方案，需要考慮的設(shè)計(jì)和包裝標(biāo)準(zhǔn)包括：
　　1.噴霧瓶子的設(shè)計(jì)空間；
　　2.性能(在頂部載荷、填充和跌落載荷工況下) ；
　　3.標(biāo)簽區(qū)域；
　　4.載荷工況的選擇；
　　5.每箱中的瓶數(shù)；
　　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(shè)計(jì)
　　為了了解噴霧瓶的基本性能，我們對(duì)一個(gè)現(xiàn)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(yīng)力云圖，右邊是力與時(shí)間的關(guān)系曲線圖。

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

　　根據(jù)工業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)上述8種概念設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了排序和評(píng)估，考慮的因素包括：有效容積、標(biāo)簽區(qū)域、美學(xué)、把手形狀、頂部負(fù)荷能力及制造等等。根據(jù)這些排序和評(píng)估的結(jié)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(jié)構(gòu)的性能。

　　優(yōu)化設(shè)計(jì)新瓶型
　　工程人員接著利用OptiStruct軟件對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化的組合設(shè)計(jì)，從而在求重量最小化的同時(shí)，優(yōu)化其對(duì)頂部負(fù)荷、填充、跌落等工況下的強(qiáng)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(shè)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(shè)計(jì)空間（Non design

　　圖6中是優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)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(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化

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