缓冲包装分析软件开发

　　王志伟等缓冲包装分析软件开发缓冲包装分析软件开发 （江南大学现代机械与包装研究所，江苏无锡２１４０６３）【摘要】建立了各类缓冲包装系统在不同加速度脉冲激励下的统一的动力学模型，开发了缓 冲包装分析系统应用软件。只要输入有关冲击、材料和产品特征参数，便可方便地显示缓冲包装的 冲击响应。本软件为优化缓冲包装设计提供了有力工具。 关键词：缓冲包装；包装动力学；分析软件；冲击谱；破损边界曲线文献标识码：Ｂ文章编号：１００１—３５６３（２００２）０５—０１０５—０５ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｏｆｔｗａｒｅｏｆ ｃｕｓｈｉｏｎｉｎｇｅａｃｋａｇｉＩｌｇＳｙｓｔｅｍ Ｗ姗Ｚｈ／－ｖｅ／，Ｗｎ嗍增 （ＭｏｄｅｍＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＰａｃｋａｇｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＳｏｕｄｌｅｒｌｌＹａｎｇｔｓｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｘｉ２１４０６３，Ｃｈｉｎａ） Ａｈ嘲： Ａ铲ｒ烈ａｌ由ｌ蛐ｉｃｍｏｄｅｌ。ｆ吕｝ｌｈ衄Ｐａ螂ｒＩｇ啊螂ｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｐｕｌｓｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｓｈｉｏｎｉ％ｐｋｎｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓ．ＩｔｉｓｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｔｏｓｈｏｗｔｈｅｓｈｏｃｋｉｅｓｐｏｒＨｅｏｆａｄｉｉｌｌｇＦａｃｋｎｇｉｎｇｓｙｓｍ－ｍ ｗｈｅｎｉｎｐｕｔｔｉｎｇｔｈｅＩ讪ｌｔＪｖｅｓｈｏｃｋ，ｍａｔｅ— ｒｉａＩａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｐ日珀ｍｅｔＩ璐．Ｔｈｅ ８‰ａｒｅｉｓａｎｕｓｅｆｕｌｔｏｏｌｉｎｏｐｔｈｎｉｚａｆｉｏｎ ０ｆｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｃ枷ｏｎｉＩｌｇｐａｃｋａｇ崦．ＫｅｙＷＯｆ凼ｌ Ｃｕｓｈｉｏｎｉｎｇｐｕｃｋａｄｎｇ；Ｐａｃｋａｇｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｓ；Ａｎａｌｙｓｉｓｓｔｍｔｗｅｍｖ；Ｓｈｏｃｋｓｐｅｃｔａｕｍ；Ｄａ“咿 ｂｏ帅ｄｅ＋ｙＣＵｌＮ＇ｅ 各类线性和非线性缓冲包装系统的冲击和振动 响应分析是进行缓冲包装设计的前提和基础，国内 外学者在该领域开展了许多研究工作”。］。国内王 萍、汤伯森等研究了线性和非线性缓冲包装系统的跌落冲击和脉冲冲击响应，得到了包装产品的冲击 谱和破损边界曲线，讨论了它们的重要特征”“１。 １９９８年，王振林等提出位移损坏边界的概念，指出 了Ｎｅｗｔｏｎ破损边界的适应条件…“Ｊ。最近，王志伟 和胡长鹰提出了跌落破损边界曲线的概念”。Ｊ，以 评价非线性包装系统的产品跌落损伤或功能失效。 此在前述工作基础上，开发了一套应用软件系 统以方便快捷的分析包装产品在冲击和振动环境下 的响应，使全面、深入探讨各参数对冲击响应的影响 成为可能，为优化缓冲包装设计、科学评估缓冲包装 效果提供重要依据。 模型建立及其算法实现１．１典型缓冲包装系统 典型缓冲包装系统的载荷一变形曲线分别表示材料的初始弹性系数和弹性系数 增加率，如为压缩极限，，０为外界载荷极限值，ｋ为 二级材料弹性系数，吐为一级材料的极限变形量。 图１载荷一变形曲线冲击加速度脉冲 实际流通环境中，产品受到的冲击加速度脉冲 波形各不相同，最常见的有矩形波、半正弦波、后峰 锯齿波和前峰锯齿波等４种，各典型加速度脉冲波 形见图２。 收稿日期：２００２．０６－２６ 基金项目：教育部骨干教师资助计划项目。 作者简介：王志伟（１９６３一），男，博士，江南大学教授，校长助理。主要从事运输包装理论及设计、机械设计及理论、复合材料与 结构的研究。获部级科技进步２等奖１项，发表论文６０余篇，近２０篇被（ＳＸＣ）、《》收录。 １０５ 包装工程ＰＡＣＫＡＧＩＮＧＥＮＧＩＩ忱ｔＥＲ／ＮＧｖ０１．２３Ｎｏ．５２ｆｉ０２ ｎｎｍｎｎｍ 扯ｎｍ 冲击加速度脉冲波形１．３ 缓冲包装动力方程及数值算法 缓冲包装系统的动力学方程为： 其中，ｍ。为产品质量；ｃ。为缓冲材料阻尼；ｘｏ（ｔ）为产品位移；‰（ｔ）为包装件所受运动位移激 ）为缓冲材料弹性回复力。典型缓冲材料的弹性回复力，（ ）表达在表１ 中，典型加速度脉冲激励ｎ。表达在表２中。其中， 缓冲材料的弹性回复力裹２加速度脉冲激励 对方程（１）进行无量纲化，可得无量纲动力学方 不同类型缓冲系统有不同的ｇ（ｚ）表达，典型缓冲系统的无量纲动力学方程见表３。其中，Ｋ； ＾。／ｋ。，为双线性型缓冲系统的两衬垫的弹性系数 缓冲系统的无量纲动力学方程类型 无量纲化方程 线－，＝一矿 三次函数型系统 矿＋２》’＋＊＋ｘ３＝一矿 正切型系统 ，＋２弘，＋ｔｇｘ＝一ｌ， 双曲正切型系统 矿＋２》’＋ｔｇｘ＝一ｔｌ＂ 双线，ｄＪｓ＊蔓１一ｕｃｌｄ． 方程（２）为强非线性振动方程，解析求解十分应用ＶＢ语言编写算法程序和整个软件系统。 困难，写出其状态方程： ２应：片ｌ软件开发本文采用四阶龙格——库塔法进行数值求解， ２．１设计规划 １０６ 王志伟等缓冲包装分析软件开发 ２．１．１系统要求的软件功能 ａ．软件系统通用于各类加速度脉冲激励下的各 类缓冲包装系统；ｂ．不同类型的加速度脉冲激励和 缓冲包装系统参数输人清晰明了；ｃ．可直观观察冲 击谱和破损边界曲线，并实现存盘、放大等功能。 ２．１．２设计思路 ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ是Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ出品的基于窗体的可视 化软件开发系统，使用它可有效的创建Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｗｉｎｄｏｗｓ９５或ＷｉｎｄｏｗｓＮＴ环境下的应用系统。Ｖｉｓｕ． ａｌ Ｂａｓｉｃ的突出特点是将大量Ｗｉｎｄｏｗｓ编程细节隐藏 起来，通过事件驱动方式调用不同程序代码，使程序 开发人员可将主要精力放在程序关键处理步骤上， 且其处理方法直观、方便。所以，本设计选择Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ作为软件开发工具。 根据ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ的上述编程特点，分解系统需 要实现的软件功能，分别在不同的事件驱动程序中 完成，从而创建一个由若干程序模块构成的应用系 统：ａ．封面（伽Ｍｍ）；ｂ．主窗体（Ｆｌｌ删雌）——采 用标准应用程序界面，包括标题条、下拉菜单、工具 栏、最小最大化和关闭按钮、状态条、用户区（视窗口 和设计窗口）等内容；ｃ．缓冲包装系统设计窗体 （珊ＧＮ）——采用多选项叶片式窗口，包括缓冲系 统类型选择、脉冲激励类型选择、参数输入、所求曲 线类型选择等叶片；ｄ．曲线显示窗体（ＳＨＯＷｌ、 ｓＨｏｗ２）——显示新求得的冲击谱和破损边界曲 线；ｅ．样图显示窗体（ＷＥＷ）——测览样图；ｆ．放大 显示窗体（ｓｃＡＩＥｗ矾）——显示放大后的图形；ｇ．公 共模块（ＭＯＤＥＬｌ）——放置应用程序公共变量和公 用子过程。 ２．２缓冲包装系统设计窗体 缓冲包装系统设计窗体见图３。应用选项对话 框模板，建立多选项叶片式窗体，通过模板的自定义 属性设置叶片标题和标题提示文本。共设置四支叶 片，Ｓｔｅｐｌ一选择包装系统，Ｓｔｅｐ２－＇－选择脉冲类型， ｓ呻３一参数输入，ｓｔｅｐ４—确定欲求曲线类型和绘图 色彩。 ａ．标签控件（Ｌ丑ｂｅｌ）的使用。本窗体用了７ 个Ｌａｂｅｌ控件。有５个分别在四支叶片中对相关内 容作陈述性说明，如Ｓｔｅｐｌ中的Ｌａｂｅｌｌ．Ｃａｐｔｉｏｎ＝” ＰｌｅａｓｅＳｅｌｅｃｔｔｈｅＰａｃｋａｇｉｎｇ蜘”；其余２个用作 Ｓｔｅｐｌ、Ｓｔｅｐ２中的图片框标题，如Ｓｔｅｐｌ中的ＬａｂｅＬ２． Ｃａｐｔｉｏｎ＝”Ｌｏａｄ—Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ Ｃｕｒｖｅ”。 ｂ．选项按钮控件（ＯｐｔｉｏｎＢｕｔｔｏｎ）。本窗体分别 在Ｓｔｅｐｌ、Ｓｔｅｐ２和Ｓｔｅｐ４中使用三组１１个选项按钮。 Ｓｔｅｐｌ中一组五个，分别代表五类缓冲包装系统； Ｓｔｅｐ２中一组四个，分别代表四类冲击脉冲；Ｓｔｅｐ４中 一组两个，分别用以选择彩色绘图或黑白绘图。程 序代码中，一切与各选项相关的事件驱动都由各选 项按钮的鼠标单击事件（．Ｃｌｉｃｋ）触发或以其Ｖａｌｕｅ属 性值来判定。 ｃ．复选框控件（ＣｈｅｃｋＢｏｘ）。在Ｓｔｅｐ４中设置了 一组２个ＣｈｅｃｋＢｏｘ，用以确定所选曲线类型（冲击谱 和破损边界曲线）。 ｄ．图片框控件（ＰｉｃｔｕｒｅＢｏｘ）。本窗体用到ｌｏ个 图片框控件：Ｓｔｅｐｌ中装有一图片框控件ＰｉｃｔｕｒｅＩ。 当选定某一类型缓冲包装系统时，Ｐｉｃｔｕｒｅｌ中显示该 类型缓冲材料的载荷一位移（Ｌ—Ｄ）曲线中设 有一图片框控件Ｐｉｃｔｕｒｅ２。当选定某一类型脉冲激 励时，Ｐｉｃｔｍｅ２中显示该类型脉冲的波形；Ｓｔｅｐ３中设 置了８个图片框控件用以显示参数符号。 ｅ．文本框控件（Ｔｅｘｔｉｋｘ）。本窗体用到８个文本 框控件，在ｓ嘲】３中与８个ＰｉｃｔｕｒｅＢｏｘ一一对应。 ｆ．框架控件（Ｆｒａｍｅ）。参数输人叶片（Ｓｔｅｐ３）中 用到３个Ｆｒａｍｅ控件，分别将１１个参数分为脉冲特 性参数、缓冲材料参数和系统参数３类。 ｇ．命令按钮（ＣｏｍｍａｎｄＢｕｔｔｏｎ）。本窗体直接使 用选项对话框模板的Ａｐｐｌｙ和Ｃａｎｃｅｌ按钮。Ａｐｐｌｙ 命令按钮为缺省按纽，可以“ＥＩ，ｔｅｒ”键代之，Ｃａｎｃｅｌ按 钮的为取消按钮，可以“Ｅｓｃ”键代之。 ｈ．定时器控件（Ｔｉｍｅｒ）。本窗体中使用了一个 定时器Ｔｉｍｅｒｌ，以定时检查用户是否在本窗体中有 非法设置（否则会导致Ｒ—Ｋ算法程序的崩溃）。 ２．３冲击谱、破损边界曲线显示窗体 本窗体分为冲击谱显示窗体和破损边界曲线。两窗体设计的唯一不同在于坐标 系统纵横参数的不同，分别用于显示新求得的冲击 谱和破损边界曲线。 ａ．ＰｉｃｔｕｒｅＢｏｘ控件。用到两个ＰｉｃｔｕｒｅＢ一Ｐｉｅ． ｔａｒｅｌ和Ｐｉｃｔｕｒｅ２，Ｐｉｃｔｕｒｅ２以Ｐｉｃｔｕｒｅｌ为容器ｏＰｉｃｔｕｒｅｌ 界定视图区，Ｐｉｃｔｕｒｅ２界定成图区。 ｂ．Ｆｒａｍｅ控件。用到一个Ｆｒａｍｅ控件Ｆｒａｒａｅｌ， 以限定Ｐｉｃｔｍｅｌ的最大尺寸。 ｃ．图像控件（ｉｍａｇｅ）。用到４个图像控件，分别 用以装载两种曲线的四个坐标轴参数。 ｄ．公共对话框控件（ＣｏｎａｎｏｎＤｉａｌｏｇ）。用到一个 公共对话框控件用于存盘操作。 １０７ 包装工程ＰＡＣＫＡＧＩＮＧＥＮＧＩＮＥＥ＇ＲＩＮＧＶ０１．２３Ｎｏ．５２００２ ｅ．状态行控件（ＳｔａｔｕｓＢａｒ）。用到一个状态行控 件用于显示绘制在Ｐｉｃｔｕｒｅ２中的曲线上各点的坐标 值。当鼠标在Ｐｉｃｔｕｒｅ２中移动时，鼠标移动事件驱 动状态行控件中显示鼠标的当前ｘ、Ｙ坐标值。 ２．４样图显示窗体和图形放大显示窗体 显示窗体用于浏览已制好的冲击谱和破损边界 曲线样图。本窗体共用到ｌａｂｅｌ控件６个，ＴｅｘｔＢｏｘ 控件４个，ＣｏｍｍｏｎＤｉａｌｏｇ控件１个，ＰｉｃｔｕｒｅＢｏｘ控件１ 个。Ｆｒａｍｅ控件１个及Ｉ‰ｍｌｍｌｄＢｕｔｔｏｎ控件１个。图 形放大显示窗体包括１个Ｆｒａｍｅ控件Ｆｒａｍｅｌ、１个 ＰｉｃｔｕｒｅＢｏｘ控件Ｐｉｃｔｕｒｅｌ以及水平、垂直滚动条控件 （ＳｃｒｏｌｌＢａｒ）各１个（ＨＳｃｒｏｌｌｌ、ＶＳｃｍＵｌ）。ＰｉｃｔｕｒｅＩ显示 １０８ 放大后的图形，Ｆｒａｍｅｌ限定Ｐｉｃｔｕｒｅｌ的最大尺寸，水 平、垂直滚动条控件的设计是本窗体工作的关键。 ２．５主体界面设计和公共模块 主体界面的设计使操作系统具有整体性。本设 计采用ＭＤＩ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ＤｏｃｕｍｅｎｔＩｎｔｅｒｆａｃｅ，多文档接１３） 应用程序创建出图３（ａ）所示界面。ＭＤＩ应用程序 通常包括一个父窗体和数个子窗体。本设计将父窗 体作为主体界面，并通过设置前面五个窗体的ＭＤＩ— Ｃｈｉｌｄ属性为Ｔｒｕｅ而将其纳为ＭＤＩ子窗体。主体界 面包括标题条、下拉菜单条、工具条、最小最大化关 闭按钮和状态条。其中下拉菜单条和工具条为主要 设计项目。 ！ＩＩ３（ｃ）一日ｅｐ３一正切型系统参数输入