瓦楞纸板力学性能论文

摘要：基于对普通手机壳的研究，研制出了“手机保护装置”模型。此款手机保护装置能够很好地解决一些现实生活中的实际问题。本文详细介绍了此款手机保护装置的设计与制作。关键词：手机壳；保护装置1引言近些年來随着触屏手机的普及，各种手机的保护装置也应运而生。其中占据很大比重的就是各种手机套的研发。下面是小编整理的《瓦楞纸板力学性能论文(精选3篇)》，希望对大家有所帮助。

瓦楞纸板力学性能论文 篇1：

探讨瓦楞纸板的破坏模式和破损机理

瓦楞纸板原材料丰富，易于大批量生产加工成各种形状和尺寸，具有良好的缓冲性能，且可回收处理和再利用，是一种典型的绿色缓冲包装材料。在运输包装中，瓦楞纸板主要用于制作各种缓冲、防振的包装件，应用形式有纸箱、缓冲衬垫、托盘等，目前已经广泛应用于家电、电子、机电等产品的运输包装领域。

瓦楞纸板作为一种各向异性的夹层板材，具有一定的防振抗冲击性能。一般，包装产品在流通过程中受到的振动冲击次数会达到几万次甚至更多，瓦楞纸板作为保护产品的缓冲材料，也会随之发生压缩、复原现象，即疲劳效应。在这种情况下，瓦楞纸板的缓冲性能也会发生相应的变化，当瓦楞纸板的承载能力达到极限值时，瓦楞纸板的力学性能将会大大减弱，甚至失去保护性能。因此，确定瓦楞纸板是否达到了其承载能力的极限值，以及分析瓦楞纸板的破坏模式和破损机理具有很重要的现实意义。

本文将对双瓦五层、三瓦七层瓦楞纸板进行静态压缩试验，通过相关试验，分析和探讨瓦楞纸板的破坏模式和破损机理。

静态压缩试验

以双瓦五层、三瓦七层瓦楞纸板为试验对象，静态压缩试验步骤如下。

(1)参考GB/T 450-2002《纸和纸板试样的采取》进行取样，试样尺寸为100mm×100mm。

(2)按照GB/T 10739-2002《纸、纸板和纸浆试样处理和试验的标准大气条件》的要求对试样进行温湿度预处理，温湿度条件为：温度为23℃、相对湿度为60%。

(3)采用HT-2402电脑伺服控制材料试验机进行试验，记录试验数据，绘制应力-应变曲线（如图1所示）。

破坏模式分析

瓦楞纸板由面纸、芯纸、里纸黏合而成，当其受到纵向载荷时，纸板内部将发生一定的中面内力。如果这个中面内力在各个部位、各个方向受到的不是压力（是拉力或等于零），则瓦楞纸板的平面平衡状态是稳定的。但如果纵向载荷所引起的中面内力在某些部位、某些方向受到的是压力，则当纵向载荷超过某一数值（即临界载荷）时，瓦楞纸板的平面平衡状态将变得不稳定，其会因干扰力而弯曲。即使干扰力被除去，瓦楞纸板也不会再恢复到原来的平面平衡状态，而是进入某一个弯曲的平衡状态，这种现象称为“屈曲”。常见的屈曲模式主要有以下3种（如图2所示）。

(1)总体屈曲，即欧拉届曲类型的夹层板总体屈曲。

(2)剪切皱折，即由于芯层剪切刚度不够引起的夹层结构剪切总体屈曲。

(3)面纸皱曲，即在瓦楞纸板受压时，面纸在芯纸弹性的支持下向内或向外产生局部屈曲，其主要取决于芯纸的刚度和强度，以及面纸的黏结强度，同时也取决于纸板的生产缺陷。

瓦楞纸板在未受外力作用的情况下，其破坏模式主要有以下4种。

(1)瓦楞纸板受拉而使得面层屈服或断裂。

(2)瓦楞纸板表层牛皮面纸起皱，致使瓦楞纸板局部屈曲。

(3)受压过程中，瓦楞芯纸以剪切的方式被破坏。

(4)瓦楞纸板面纸与芯纸黏结失效，这主要是因为生产过程中涂胶不均，致使面纸与芯纸之间的黏结力下降，也可能是因为树脂黏合剂发生脆性断裂，造成黏结失效。

实际上，瓦楞纸板的破坏模式通常是上述多种破坏模式共同作用的结果，只是在某些情况下，某一破坏模式占了优势。

通过瓦楞纸板的静态压缩试验可知，瓦楞纸板在受垂直面板的载荷条件下，芯纸会发生剪切皱折，从而导致瓦楞纸板总体屈曲。

破损机理探讨

通过单瓦三层瓦楞纸板应力-应变曲线（如图3所示）对瓦楞纸板的破损机理进行探讨。由图3可以看出，单瓦三层瓦楞纸板应力-应变曲线分为以下4个阶段。

(1)线弹性阶段（AB段）：压缩开始，应力随应变呈快速线性增加变化，直至达到屈服应力。

(2)屈服阶段（BC段）：由于瓦楞芯纸及结构的特性，瓦楞纸板开始逐步屈服，当进入屈服阶段时，应力逐步下降，在此阶段瓦楞芯纸的结构开始被破坏。

(3)塑性变形阶段（CD段）：此阶段应力随应变的增加基本保持不变，而瓦楞芯纸的结构则完全被破坏。

(4)密实化阶段（DE段）：在此阶段瓦楞纸板完全被压实，而失去缓冲性能，应力随应变的增加而急剧增加。

结合图1可知，瓦楞纸板压缩破坏过程的一般规律是：当应力较小时，呈线弹性变化；随着应力的增加，进入波动阶段，峰值与峰谷的数量与瓦楞的层数呈一一对应关系，这表明多层瓦楞纸板具有多层失稳性，即压塌现象并不是在瓦楞纸板各层中同时发生，而是分层破坏的，通过试验观察我们发现，下层瓦楞或楞高较大的层最先被破坏；随着应力的继续增加，瓦楞纸板出现屈服；当应力达到一定值时，芯纸的结构全部被破坏，随后应力快速上升。

从瓦楞纸板的压缩破坏过程可以看出，瓦楞纸板的缓冲性能主要体现在屈服阶段和塑性变形阶段，也就是芯纸的结构被压缩破坏的阶段，在这个过程中，瓦楞纸板将吸收大量的能量，使被包装物得到缓冲。

图1 多层瓦楞纸板应力-应变曲线

图2 常见瓦楞纸板屈曲模式

图3 单瓦三层瓦楞纸板应力-应变曲线

作者：郭金玲

瓦楞纸板力学性能论文 篇2：

手机保护装置的设计与研究

摘 要：基于对普通手机壳的研究，研制出了“手机保护装置”模型。此款手机保护装置能够很好地解决一些现实生活中的实际问题。本文详细介绍了此款手机保护装置的设计与制作。

关键词：手机壳；保护装置

1 引言

近些年來随着触屏手机的普及，各种手机的保护装置也应运而生。其中占据很大比重的就是各种手机套的研发。手机套一是为了防水，二是为了防摔。现在市场上的手机套主要是以材料来进行分类的，大多数手机套的防摔功能也是完全依赖材料本身的缓冲性来体现的。于是即便有手机壳的保护，手机在摔落时依然会有很大的概率受到损坏。原因是在摔落过程中，当手机在与地面有较大的接触面积时，撞击力会被分散，但是当手机的棱角与地面接触时，其受力点受到的撞击力会大大的增加，从而致使手机屏幕损坏。

此款“手机保护装置”能在一定程度上很好的解决这个问题。它能在原有手机壳的基础上增加对四个边角的保护，更好的保护手机。

2 功能介绍

此款“手机保护装置”的特点是增加了基于结构保护的缓冲装置，其提供缓冲保护的部分主要采用了瓦楞纸的结构，具有良好的缓冲性。此装置能很大程度上减小撞击对手机的伤害，延长手机的使用寿命。

3 主要结构

手机保护装置的主体为边框结构，具有防水作用，四个角装有UV型四层瓦楞结构的缓冲防震结构。

4 物理原理

当手机的四个角受到撞击之后，瓦楞会发生形变，能够吸收能量，起到缓冲作用。当碰撞结束之后，在弹性范围内变形的瓦楞结构会恢复原来的状态。经过实验论证发现，平压试验中四层瓦楞纸板的力学性能优于五层瓦楞纸板。UV型瓦楞的综合性能优于U型瓦楞和V型瓦楞，故本缓冲装置采用UV型四层瓦楞结构。

5 制作方法

⑴根据手机规格制作手机保护装置的主体。

⑵依据手机型号以及插孔的位置，制作四个适当大小的UV型四层瓦楞结构的缓冲防震结构（材料和主体材料保持一致）。

⑶根据不同材料，将缓冲装置固定在主体的四个角上（比如橡胶材质的手机保护装置可用101胶水进行固定）。

6 相关拓展

如今市场上的手机套种类繁多，大致上可以分为硅胶套、皮套、水晶壳、清水套和网壳这几种。在这些手机套中，其防护功能主要体现在防水和防碰撞这两方面。在防水方面，手机套与手机紧密贴合从而达到防水目的；在防摔方面，绝大多数手机套都是通过材料自身的缓冲特性来实现防摔目的的。但在某些情况下，自身材料的缓冲性能并不能很好的缓解外界的压力，特别是当外界的撞击压力过大或者受力面积较小时。此外，这些手机套在手机的保护上也没有突出对手机薄弱部位的特别保护。在现实生活中，许多的手机屏幕摔裂现象都是由于手机在落地或者受到撞击时，其四个角直接接触硬质物体，使手机棱角这些较小面积受到的瞬间压力过大，从而致使屏幕以及一些重要部件损坏。针对上述这些情况，我们所研究的手机保护装置是通过改变手机套的外部结构来提高手机的防摔水平的。其中，主体边框部分可以起到防水作用，另外，我们在手机边框套的基础上，在边框的四个角上增加UV型瓦楞缓冲装置，该缓冲装置一方面利用其特殊的结构来实现防摔保护，从而摆脱了过于依赖手机套材料特性的局面；另一方面，在四个角上增加这种缓冲装置，也突出了该手机保护装置对手机薄弱部位的保护。

[参考文献]

[1]车庆浩，孙诚，刘功.新型四层瓦楞纸板的性能研究[J].包装工程，2006/06.

[2]高德，李军，王锦岩.瓦楞形状及参数对瓦楞纸板性能的影响[N].佳木斯工学院学报，1997/09.

[3]高德，刘壮，董静，常江.瓦楞纸板包装材料的性能及其发展前景[J].包装工程，2005/02.

作者：包科峰 李雅南 方国彬 叶佳莹 呼格吉乐

瓦楞纸板力学性能论文 篇3：

创客教育材料漫谈

创客教育是一种基于创造的教育模式，而创造离不开对工具的掌握和对材料的灵活使用。谈到创客教育，我们常常会联想到开源硬件、3D打印、激光切割、数控机床等明星工具，但我们更要知道，工具使用的基础是对材料性质的深入理解。当我们设计一个创客作品时，会首先考虑需要用哪些材料构建制作的主体，然后才能选择工具进行加工。

2017年，本专栏介绍了从简单到复杂的创客教育工具；2018年，我们将进一步介绍创客教育中常见的材料。这里的材料是指应用于成品中，通常不会被拆卸下来重复使用的东西。根据用途的区别，创客教育中的材料可以分为2种类型：结构材料和功能材料。结构材料是指以力学性能为基础的材料，在创客作品中用于制作受力的结构；功能材料是有电、光、磁、化学等特定作用的材料，在创客作品用于实现特定的功能。尽管这种分类方式并非泾渭分明，但它能够让我们认识到它们在创客作品中的作用。

在接下来的专栏文章中，我们将分别以结构材料和功能材料2个方面逐一介绍创客教育中的常见材料。在结构材料的内容中，我们主要以物理、化学属性对材料进行划分，如纸质、木质、金属、塑料、布料等；在功能材料中，我们主要以材料的用途进行划分，如导电材料、发光材料等。论述不尽完善之处，我们再以其他的分类方法进行补充。

我们从纸质材料说起。纸，是学生随手可得的材料，更是一种构成创客制作的重要结构材料。作为文字的重要载体，纸张在2000多年的历史长河中对人类文明有着重要的意义。为了满足不同需求，人们发明了各种各样的纸，它们的材料性质也各有不同，有些纸能防水、有些纸硬度大、有些纸轻盈柔软，这就给创客制作提供了非常多的材料选择。在创客制作中，我们关注最多的属性是纸的强度，根据强度不同我们将纸分为纸张和纸板2类。纸张

通常，我们将200g/㎡以下的纸称之为纸张，其中，150～200g/㎡的纸张我们称之为卡纸。我们在日常生活经常能够接触到各种各样的纸张，例如各种克重的打印纸、铜版纸、新闻纸、宣纸等。纸张的特性轻薄，容易折叠，容易裁剪成多种形状，但同时我们也要注意，大多数纸张不防水、强度较小，容易撕开，不适用于潮湿场合及需要经常做机械运动的部件。

创客教育中纸张的使用范围非常广，最能够体现纸张物理属性的创客活动就是折纸了。折纸是一项传承了数百年的传统手工艺项目，而现代折纸更是将折纸艺术推向了一个新的高峰。现代折纸采用复杂的蛇腹折法，无需经过裁剪，一张方形的纸就可以折叠成形象生动的立体形状。现代折纸不仅是一种精致的艺术，更是一项具有挑战性的工程活动，需要作者有丰富的空间想象力。在一些科学和工程问题上，现代折纸还有深入的应用，最知名的例子是“三浦折叠法”，这种折叠法能够让物体的体积减少25倍、只需要通过推拉的动作就可以将纸张展开或收回，目前三浦折叠法广泛应用于航空航天领域。这些技术为折纸的创客教育提供了基础。

以往，折纸课程往往只出现在低年级的手工课中，但在创客教育的视野下，更多折纸的潜能也逐渐深挖出来。折纸主题的创客课程最直接的一个好处是对硬件支持的需求非常低，只需要提供若干纸张，就可以满足大多数课程的材料要求。

北京师范大学教育技术学院的傅骞和刘鹏飞设计的创客课程“小空间里的大个头”就是一个优秀的折纸主题例子。该课程通过“飞行器负重飞向太空的成本”引入工程问题，让学生明白需要通过用折纸设计一种太阳能板的折叠方式。接下来通过学生模仿折叠1张5x5的方格纸，教师向学生讲解怎样学会看折痕图，以及折痕图中的数学关系。然后通过拓展任务，让学生探索在7x7方格纸中怎样完成旋转并达到更好的收拢效果，激发学生思考和讨论折纸在生活中其他方面的应用。最后，学生以小组的形式协同设计新的折纸主题，完成折纸作品，进行交流讨论和分享。

这个创客课程将纸张的物理属性体现得淋漓尽致，在这个课程中，学生能够了解刚性折叠的特性和应用，掌握折痕图的绘制方法，探究发现其他形状的旋转式折纸的折法，发展折纸的工程设计思维。

纸板

另一种常用于创客教育中的纸质材料便是纸板了。通常来说，我们把200g/㎡以上规格的纸称之为纸板，它常用于商品包装。纸板最大的特点就是硬度大，强度高，易于加工，创客们常常能够通过纸板制作出很多创意产品。纸板的类型有很多，其中最常用的就是瓦楞纸板了。

瓦楞纸板，又称瓦通纸，是纸质包装箱的常用材料。它最主要的特点在于有着波浪状的瓦楞，这些瓦楞能够让纸保持较好的形状。瓦楞纸硬度比纸张好，比木质材料更加轻盈，用美工刀就可以完成切割，价格又很便宜，这也是众多创客喜欢它的原因。但瓦楞纸不耐潮湿、容易发霉、不容易处理细节的特点，在创客作品制作之前也要考虑到。

只有对材料有深入认识，才能更好地运用材料。根据楞型的区别，瓦楞纸可以分为A型楞、B型楞、C型楞、E型楞和F型楞，不同的型号有不同的刚性，在创客制作的时候，选择合适的楞型是很重要的。根据瓦楞纸的层数，又可以分为单面单瓦楞纸板、单瓦楞纸板、双面双瓦楞纸板、双瓦楞纸板，以及多瓦楞纸。普通的纸板箱一般是单瓦楞纸板，一些较为高级的纸板箱会选择双面双瓦楞纸板，大多数制作选择单瓦楞纸板即可完成，部分对受力要求较高的制作可以选择双面双瓦楞纸板进行制作。

创客制作中加工瓦楞纸板的方法有很多，最常用的加工方法是切割和粘贴。用普通的美工刀即可将瓦楞纸切割成想要的形状，圆规刀、笔刀等工具能够切割特殊的形状，还可以用激光切割机进行精细切割；瓦楞纸板还可以用双面胶、热熔胶、白胶、502胶等材料粘贴。这些加工手段的成本和使用门槛都非常低，很适合作为创客教育的入门材料。

科技学堂设计的“戈德堡机械”就是一个能够很好展现瓦楞纸材料的一款创客制作（见题图）。戈德堡机械是指一种过度设计复杂的机械组合，用迂回曲折的方式完成一个简单的操作。虽然看上去荒谬滑稽，但戈德堡机械却能很好地锻炼学生对各种材料的应用。

这是一个非常简单的戈德堡机械的设计，拉动绳子，玻璃弹珠下滑，经过2个滑道，弹珠掉落到橡皮薄膜上，再弹进塑料瓶中，最终弹珠掉入瓶盖，通过杠杆原理抬起旗子。这个案例中用到多种材料，但它的基本结构是用单瓦楞纸板制成的。学生需要探索用怎么样的结构才能设计一个稳固的结构；而在滑道的设计上，需要学生对瓦楞纸内部结构有更深入的认识，才能设计出更耐用的作品。

除了切割和粘贴，瓦楞纸板还有更多的操作方法，如拼插、延伸、剥离、层叠等，这些方法将瓦楞纸的物理性质发挥到了极致。

创客教师还可以将眼光放远到生活中的其他纸板，想想你能用它们制作什么。比如卷纸筒，大多数人用完卷纸之后就随手将纸筒丢弃，但只要稍加留意，就会发现卷纸筒能够成为一种不可多得的创客教育材料，它不仅有纸板的各种性质，还避开了纸板加工成圆筒难度大的缺点。

紙张和纸板是创客教育常常用到的材料，除此之外，还有多种类型的特种纸，它们有着不一样的物理性质，囿于篇幅，我们不可能一一介绍。认真探索每一种纸的材料属性，再加上动手能力，就能做出不一样的作品。

作者：陈染