《运输包装》实验指导书.docx
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《运输包装》实验指导书
《运输包装》课程实验指导书
一、适用专业
包装工程实验学时：
4
二、实验目的
1．巩固运输包装设计理论知识，加深对运输包装件主要性能指标评价方法的理解，培养实践能力；
2．掌握运输包装件主要性能指标实验方法；
3．掌握运输包装件主要性能指标实验仪器性能及使用方法。
三、实验要求
1．根据运输包装件主要性能指标实验方法完成实验；
2．熟悉相关仪器设备实验原理及操作规程
3．掌握实验数据分析、处理方法；
4．完成实验报告。
四、实验内容
序号
实验名称
实验时数
实验类型
实验项目和内容提要
备注
1
产品损坏边界曲线测定
2
综合
产品临界数度变化量和脆值
2
缓冲材料静态缓冲系数测定
2
综合
式样尺寸、定量、密度、载荷-变形曲线或应力-应变曲线
五、实验方法
1．指导教师讲解实验要求和实验步骤，学生认真阅读和理解实验指导书；
2．学生以实验小组为单位进行实验，每组指定一名组长协调实验活动；
3．每组实验准备就绪需经指导教师检查确认后方可进行实验；
3．以小组为单位，按实验指导书和仪器操作规程完成指定的实验项目；
4．以小组为单位，记录实验数据，分析处理实验数据，完成实验报告。
六、成绩评定和记载
1．根据学生实验操作的情况和实验报告综合评定成绩；
2．学生实验成绩载入平时考核成绩。
七、实验注意事项
1．遵守实验室规章制度；
2．严格按实验步骤和仪器设备操作规程运作；
3．爱护实验仪器设备，不操作与本次实验无关的仪器设备和实验程序；
4．实验结束后应保持实验仪器设备和实验室的整洁。
八、指导书编写责任人
缓冲材料静态缓冲系数曲线测定
1实验原理
在包装缓冲材料上低速施缩载，求缓冲材料的压力—变形曲线。
2实验样品
2.1实验样品的取样
实验样品应在放置24h以上的成品中抽取。
当其尺寸不能达到规定的要求时，允许在与生产条件相同的条件下专门制造实验样品。
2.2实验样品的尺寸
实验样品为规则的直方体形状。
上、下底的面积至少为lOcm×lOcm。
实验样品的厚度应不小于2.5cm。
（当厚度小于2.5cm时允许叠放使用）。
2.3实验样品的数量
一组实验样品的数量应不少于5件。
2.4实验样品的测量
2.4.1长度和宽度
分别沿实验样品的长度和宽度方向，用精度不低于0.05mm的量具测量两端及中间三个位置的尺寸。
分别求出平均值，并精确到0.Olcm。
2.4.2厚度
在实验样品的上表面上放置一块平整的刚性平板，使实验样品受到0.20±0.02kPa的压缩载荷。
30s后在载荷状态下用精度不低于0.05mm的量具测量四角的厚度，求出平均值，并精确到0.Olcm。
测定丝状、粒状等实验样品的厚度时，可采用压缩箱进行测量。
压缩箱见附录A（参考件）。
2.4.3密度
a.用感量为0.Olg以上的天平称量实验样品的质量，并记录该测定值。
b.按下式计算实验样品的密度。
ρ=
式中:
ρ——实验样品密度，g/cm³;
m——实验样品质量，g;
L——实验样品长度，cm；
W——实验样品宽度，cm;
T——实验样品厚度，cm。
3实验仪器
万能材料实验机。
4实验程序
4.1实验步骤
以12±3mm／min的速度沿厚度方向对实验样品逐渐增加载荷。
压缩过程中同时记录压缩力及相应的变形量。
4.2计算
4.2.1压缩应力
σ=
×104
式中:
σ——压缩应力，Pa;
P——压缩载荷，N;
A——实验样品承载面积，cm²。
4.2.2压缩应变
%
式中：
——实验时压缩应变，%
T——实验样品原始厚度，cm;
——实验样品实验过程中的厚度，cm.。
4.2.3静态压缩残余应变
静态压缩残余应变=
×100%
式中：
Tj——实验样品压缩实验后的厚度，cm。
4.2.4缓冲系数
式中：
——材料的缓冲系数；
——材料吸收的比能。
4.3实验软件使用介绍
打开万能材料实验机配套软件，在编辑菜单下点击“插入新的实验”，弹出“实验类型”对话框，选择“综合用途”中的“CompresstoLimitTestSetup”组，点击“完成”，出现如图1的“综合用途压缩设置”卡片，按图示设置预载荷2N，速度12.0mm/min，按试样实际测量的高度和面积（长X宽）尺寸设置尺寸参数，“停止”设置中设为“40%应
图1
变”时停止。
按“控制台”中（清零）按钮（见图2），将系统初始数据记录清零。
启动“实验”菜单下的“开始实验”项，弹出“样品信息”对话框，在“样品参照”一栏中填入组别名称，按“确认”键，实验开始。
图2
将“主轴”设为“伸长”，“副轴”设为“载荷”，将观察到变形随载荷变化曲线，到达设定值，实验自动停止。
在“图像”界面下，编辑菜单中选择“点数据输出”，弹出“数据点输出”对话框，在“数据点数量”中输入“100”，选择“输出到文件”，给出文件名称，保存即可。
4.4实验数据处理
实验中，将载荷-压缩量曲线分100个点输出，得到（P,
）数据数组，利用相关软件（C，Basic等）绘出载荷-压缩量（P-
）曲线；利用4.2.1和4.2.2的计算公式，将曲线转为应力-应变
曲线；利用4.2.4的计算公式计算每个应力点（
值）对应的缓冲系数值C（公式中
采用
近似计算），绘出缓冲系数（C-
）曲线，即为本实验的最终结果——缓冲材料静态缓冲系数曲线。
产品破损边界曲线测定
一、实验目的
1.掌握产品脆值的测定方法；
2.加深对产品脆值意义的认识。
二、实验设备
MTS886.241冲击实验系统。
三、实验样品
1.玻璃器皿；
2.陶瓷制品；
3.电子产品等。
四、实验原理
1.MTS886.241冲击实验系统简介
MTS886.241冲击实验系统是美国MTS系统公司专为包装件冲击实验研制的。
图1所示为冲击实验系统简图。
该系统由冲击实验机底座、冲击实验台、导柱、液压提升装置、气动车装置、氮气源、速度传感器、加速度传感器、波形发生器以及控制、波形分析仪、示波器和笔式绘图仪（图中未示）等组成。
2.实验原理
在控制器控制下，安装在冲击实验台上的产品在预定的高度随冲击实验台自由跌落到波形发生器上，由此产生的冲击波的数据和图象经速度传感器和加速度传感器传到波形分析仪进行处理，波形分析仪能将记录的数据如冲击峰值加速度、冲击持续时间、冲击位移量等有关参数显示出来，或由示波器显示冲击波形，也可以将冲击波形的数据和图象通过笔式绘图仪输出。
波形发生器可发出不同的冲击波波形。
通过改变跌落高度、更换波形发生器（或改变气垫压力）可改变冲击加速度值、冲击延续时间（或速度变化量）等有关参数，以适合不同实验的需要。
整个实验过程要求可以实现手动或自动控制。
3.操作程序
MTS886.241冲击实验系统的控制器操作面板如图2所示，操作程序如下：
1）系统设置
接通总电源，打开氮气源，检查刹车氮气压力，当控制气操作面板上状态指示器（StatusIndicators）的NitrogenPressOk指示灯亮即为正常，若Interlock指示灯亮则需调整供气压力，使之大于850Psi，系统才能进入正常工作状态。
按RaiseTable键，使工作台上升，撤掉支撑冲击实验台的安全销。
（1）系统置零
按住LowerLifts键使冲击实验台随液压提升装置下降到各自的最低位置（如冲击实验台不随液压装置下降，则需要重新按RaiseTable键，使实验台提升，然后同时按StatusIndicators上的Reset键和Lifts键，可使实验台随提升装置下降），然后按跌落高度/自动循环表（DropHeight/AutoCycleMeter）上的LiftHgt键，观察液压提升装置的位置，这时跌落高度/自动循环表的显示屏出现的数据应为0.0。
如果不是0.0，再按LowerLifts键，直至上述显示数据为0.0。
（2）确定波形发生器的高度
首先确认液压装置位于最低位置（零位），且冲击实验台的冲击头触及波形发生器，系统置零已实现。
同时按住RaiseTable键和Arm键，直至液压提升装置的重块触及冲击实验台。
随着提升装置的上升，显示屏会连续显示提升装置的高度变化。
按LiftHgt键，观察液压提升装置目前的位置，显示屏上显示的数值即为波形发生器的高度。
（3）设置波形发生器高度
按跌落/自动循环表上的PrgmrHgtPreset键，用数字输入测得波形发生器高度，然后按Enter键，再按Ready键。
（4）设置跌落高度
按跌落/自动循环表上的DropHgtPreset键，确认Prgmr/LiftHgt指示灯闪亮，用数字键输入预定跌落高度，然后按Enter键，最后按Ready键（系统运行时会自动将波形发生器高度与跌落高度相加）。
2）典型的跌落高度
MTS886.241冲击实验系统有2种操作方法：
手工操作和自动操作。
（1）手工操作
a.按住RaiseTable键直到绿色指示灯熄灭，此时冲击实验台达到预定的跌落高度；
b.按住LowerLifts键直至绿色在指示灯熄灭，接着红色指示灯闪亮，提升装置降到零位；
c.按Arm键，若冲击实验台达到预定高度，提升装置恢复零位，且系统没有互锁现象出现，则黄色指示灯闪亮，冲击可以进行；
d.确定信号采集系统（TP3）处于触发工作状态；
e.同时按控制器作面板左右两个Fire键，实验台自由跌落，在跌落过程中红色指示灯持续闪亮。
（2）自动循环操作
a.确认液压提升装置处于零位；
b.设置跌落实验循环次数；
按AutoCyclePress键（指示灯闪亮），用数字键输入预定的循环次数，再揿Enter键，最后按Ready键；
c．按DropHeight/AutoCycleMeter上的Reset键使显示屏显示为零；
d．按AutoMode键（指示灯闪亮），自动循环程序启动；
e．按Run/Stop键，实验系统将按设置的高度自动循环跌落，直至完成预定的循环次数。
按Run/Stop键或揿EmergencyStop键可使循环终止。
如果按Run/Stop键使循环终止，再按此键，系统回复自动循环状态，完成余下的跌落次数；如果按EmergencyStop键使循环终止，若要恢复进行自动循环跌落，则需要重新进行自动循环操作。
五、信号采集系统（TP3）使用简介
指导教师打开并完备系统设置，系统界面如图3，点击Record菜单上AcquireData按钮，使TP3处于触发状态（如图4），实验台跌落，TP3完成信号采集。
点击Analysis菜单上Filter按钮，弹出FilterProperties对话框，双击Channel1显条，选择滤波频率500Hz（见图5），得到图3所示曲线（半正弦波时），按实验要求记录实验数据：
最大加速度，速度改变量等。
图4
图3
图5
六、实验步骤
（一）确定临界速度变化量△Vc
1．检查实验样品，确认完好无损；
2．将一个合格样品安放在冲击实验台中央，用夹具轻轻压住，以维持产品要求的冲击状态；
3．安装加速度传感器，以接近产品安放位置为宜；
4．选用安装低冲击延续时间的半正弦波波形发生器；
5．按操作程序进行系统设置；
6．从较低的高度进行第一次跌落；
7．观察TP3软件上显示的冲击波形；记录软件显示的冲击数据；查看产品是否损坏；
8．如果产品没有损坏，增加跌落高度，重复跌落实验，直至产品损坏，损坏前一次的速度变化量，即为临界速度变化量△Vc；
9．如果产品已经损坏，则将冲击实验台升到固定位置，插上安全销。
（二）确定极限加速度Ac
1．改装矩形波波形发生器；
2．重新安装一个合格产品；
3．按操作程序重新进行系统设置；
4．按下式确定跌落高度：
h≤250gG2r2（mm）
式中：
G为相应于AVc时的Gm的值，r为该次冲击的延续时间单位为秒，g＝9.8m/s2；
5．调查波形发生器气垫的压力，从较低压力开始做第一次跌落实验；
6．观察冲击波形，记录有关冲击参数，检查产品是否损坏；
7．如果产品没有损坏，则增加气垫压力，重复跌落实验，直至产品损坏，损坏前一次的加速度即为Ac；
8．卸下破损的产品，恢复安全销支承冲击实验台，关闭氮气源，关机；
9．清扫实验现场。
六、实验报告
根据测验结果，作产品损坏边界曲线的记录图表并绘制损坏边界曲线。
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