抗运输损坏包装防护设计六步法.pdf

缓冲包装设计六步法缓冲包装设计六步法-运输损坏预防策略-运输损坏预防策略北京西科远洋机电设备有限公司江冠峰 20151004*声明：本篇在LANSMONT包装设计六步法英文简版基础上，保持原版设计思路，对原版进行全面的展开及补充阐述。六步法设计主要解决产品运输损坏问题，从产品实际物流环境入手有针对性的设计最优包装，预防产品运输损坏，减少损失！环境危害程度产品产品产品产品包装包装包装包装过度包装欠缺包装最优包装产品过设计什么样的包装最合理？过度包装没有必要而且浪费成本 欠缺包装又必将导致产品损坏 提高产品强度的成本一般远远大于包装的成本，产品强度过大甚至可以不用包装，则需要理性分析经济性，是否可以下降部分产品强度，转而由包装来保护产品？最优包装设计原则：最优包装设计应满足：产品本身的强度再加上包装的保护等于或适度大于运输环境中的破坏。产品强度产品强度+包装保护包装保护环境破坏环境破坏如何打造最优设计？经过多年来的研究和对先前理论的发展，1986年美国蓝氏Lansmont创造性的提出了包装设计六步法，以实际的物流条件为依据，有针对性的设计一个合理的包装系统，充分考虑强度与成本，损坏概率与可靠性之间的关系。六步法对包装设计方法的科学化、程序化、规范化起到了积极的推动作用，被各个国家广泛采用，被美国国家标准学会列入材料与试验学会标准，并列入美国包装工程手册。确定流通环境条件确定产品脆值包装材料测试产品局部改进原型包装设计原型包装测试1.2.4.3.5.6.六步法概述：知彼：对包装件的运输环境定量测量和分析，充分了解包装面临的各种环境危害及程度。知己：对产品本身进行一系列的试验，确立产品的最大耐受性能，损坏边界条件如最大加速度，最大速度变化量等。自行改进：通过脆值试验，如果局部太过脆弱，提高自身强度非常容易，把问题留给包装导致成本过高等，先提高产品自身强度到合理范围。包装缓冲材料性能分析及测试，分析备用缓冲材料的冲击缓冲特性曲线，振动传递特性曲线。综合以上的环境因素，产品脆值以及包装材料的性能，同时综合费用和物流方面的信息对产品的包装系统加以设计。对设计出来的包装，联合产品在实验室进行系列的验证试验，确认所有设计完全满足产品对包装的各项要求。1.确定流通环境2.确定产品脆值3.产品局部改进4.包装材料测试5.原型包装设计6.原型包装测试第一步：确定流通环境第一步.确定流通环境条件对物流环境严酷程度的判定是缓冲设计重要的一步，也是设计的主要依据，主要是判定存在何种运输危险和危险程度。它包括搬运过程的偶然跌落、汽车振动、冲击、温湿度极限和堆码压力等。第一步.确定流通环境条件振动危害运输过程中不经历振动是不可能的，汽车引擎的转动、车轮的运转、路面不平、悬挂系统等都会引起包装的振动。振动是极其复杂的，各种因素混合在一块，有些振动是周期的，有些是随机性的。振动可导致产品共振、变形、弯曲、产生裂纹、疲劳、摩擦、断裂和造成部件之间的相互撞击等危害。卡车运输跌路运输航空运输一般认为运输振动发生在较低的频率处，用功率谱密度曲线表达，频率在1200Hz内，下图为ASTM D-4728 标准记录的各类车辆运输功率谱密度曲线（PSD）*由于运输振动频率较低，振动位移较大，ASTM D-4169 建议使用Lansmont液压振动台用 0.5 G 的正弦波扫描 3 到 100 Hz，观察分析卡车在运输过程中的包装振动特性。跌落（垂直冲击）危害跌落往往出现在搬运环节上，包装件在装卸、中转的过程中可能的跌落概率和跌落高度，是包装设计的重要依据。即使是同一运输工具，同一运输路线，不同的包装也可能经历完全不同的处理方式,一些包可能永远不会跌落,而其他包装则可能从同一高度跌落好几次，有些可能底部触地，有些可能是侧面、顶部、或角触地。第一步.确定流通环境条件如左图跌落概率曲线，一般情况下产品重量增加，跌落概率降低；跌落高度增加，跌落概率也降低；小型包装件跌落的概率也远大于大型包装件跌落的概率。在选择包装强度等级时，应根据产品重量等特点，考虑到产品与包装的成本，允许的破损率，选择设计包装要抵抗的跌落概率和高度，而不能不计成本的选择最高的跌落高度，选择最小的跌落概率。跌落高度in跌落概率%跌落高度与跌落概率分布产品的等效跌落高度是包装强度设计的主要依据。假如我们想设计的包装能抵抗99%的跌落，如左图，我们选择的等效跌落高度是32in，如果我们想设计的包装能抵抗96%的跌落，那么我们选择的等效跌落高度减少到20in，在选择概率时，应考虑产品与包装成本以及允许的破损概念等因素，不能盲目的选择破损率最小的跌落高度。第一步.确定流通环境条件跌落高度in跌落概率%跌落高度与跌落概率分布等效跌落高度（设计跌落高度）的确认等效高度不能确认时也可以参考各类行业标准如 ASTM D-3332。如下表：描述了产品的重量和建议的跌落高度。*跌落高度也可以通过分析实际记录的跌落波形，跌落速度变化量来评估跌落高度和跌落概率，参考后续步骤。第一步.确定流通环境条件水平冲击危害在搬运、调装及拖动、船只靠岸、飞机着陆、机车联接、马路颠簸、火车挂钩、启动与急刹车时容易导致产品受冲击作用。冲击不同于振动，在瞬间内对产品施加一定量级的作用力，冲击往往让产品或包装发生瞬间突变而导致失效。水平冲击关键参数：冲击加速度，冲击波形，速度变化量，冲击频率气候危害不同于静止状态,运输过程中车厢的温度可能是骤热或骤冷，包装内的温度可能高于60度；相对湿度高时导致包装凝露、腐蚀、包装腐烂、污染，湿度太低又导致干裂、干瘪、失去水分；低气压可能导致密封的壳体内漏出气体或液体、密封容器破裂或爆炸、产品膨胀、电子器件失效等等。气候环境对药品和食品的危害更加敏感。第一步.确定流通环境条件堆码危害堆码损坏常表现为堆码过高使压应力过大，或上方物体质量过大，应力不平衡，支撑不平衡，滑落，包装变形，坍塌等运输损坏的主要因素:1.冲击（跌落）2.振动3.压力4.气候使用Lansmont SAVER 现场环境记录仪,SAVER 完美的测量记录运输全程的振动、冲击、跌落、气候及轨迹数据。产品特点：小型，轻质电池供电 3090连续工作内置三轴向加速度传感器、温度、湿度、气压传感器扩展6个外接输入GPS路线记录提供磁性安装组件，不损坏产品结构数据获ASTM、ISTA、ISO、GB等标准组织认可第一步.确定流通环境条件如何确定流通环境条件？SAVER与产品一起运输。跟踪、监督、记录产品整个运输环节，记录振动路谱，温湿度，气压，GPS等。适合于水、路、空等各种运输途径。第一步.确定流通环境条件如何记录现场环境破坏？SAVER记录数据分析运输全程环境数据测量与记录三轴振动波形冲击波形第一步.确定流通环境条件悬挂Fn包装Fn车轮Fn关键信息：振动波形，振动频谱，振动幅值，振动频率，振动共振点。关键信息：冲击波形，冲击幅值，速度变化量，冲击频率跌落波形温度，湿度，气压波形关键信息：跌落波形,加速度幅值,速度变化量,跌落高度评估,跌落概率关键信息：温度,湿度,气压波形,区间及极限值SAVER记录数据分析运输全程环境数据测量与记录第一步.确定流通环境条件SAVER GPS轨迹数据分析运输路线质量评估，路线数据库建立优化运输路径，优化仓储布局产品损坏时间，损坏责任认定第一步.确定流通环境条件GPS轨迹数据，事件分布示意图数据应用第一步.确定流通环境条件1.定性分析振动、冲击、跌落、压力、气候这几个主要的运输环境危害因素。2.分析运输振动的特点，如频率低，振动位移大。介绍各类运输工具的PSD谱。3.分析运输跌落冲击的特点，产品质量，跌落高度，跌落概率的关系，等效跌落高度的选择。4.介绍Lansmont Saver现场环境记录仪使用的方法，记录波形如振动频谱、温度、湿度波形、冲击、跌落加速度波形、速度变化量波形的分析，GPS轨迹数据应用等。第一步确定流通环境条件总结：对产品本身进行一系列的试验，确立产品的最大耐受性能，冲击损坏边界,振动易损频率及峰值等，了解产品自身强度特点。第二步：确定产品的脆值第二步.确定产品脆值脆值是产品不发生物理损伤或功能失效所能承受的最大加速度值，又称产品的易损度，它是缓冲垫设计的主要依据。脆值分冲击脆值和振动脆值。所有的产品都具有一定程度抵抗机械损伤的能力(强度)。但几乎所有的产品在没有包装保护的情况下很难完全抵挡运输或使用中的机械损伤。在选择什么样的包装前，首先要定量的知道产品的脆值，有脆值数据后，才能知道如何设计合适的包装。包装设计六步法第二步确定产品的脆值第二步.确定产品脆值什么是脆值？在运输物流过程中，冲击（包括跌落冲击）与振动是产品在运输过程中所经受的两个非常重要的动态载荷，也是造成包装产品破损的主要因素。从力学角度分析，这些破损现象是由于产品或部件在受到载荷作用时，应力、变形、加速度或位移等物理量的响应值超过了其容许极限，从而造成了结构完整性破坏、功能性破坏或工艺性破坏等问题。第二步.确定产品脆值超过脆值为什么会损坏？产品破损不仅依赖于产品的最大加速度，还依赖于冲击持续时间和冲击过程中的速度增量。1968 Dr.Robert E.Newton 依据最大冲击谱理论，提出破损边界概念，发展了破损边界理论，比较全面地反映了加速度峰值、速度变化量、冲击波形和产品破损之间的关系。冲击脆值-什么样的冲击会导致损坏?破损边界曲线破损边界曲线是评估与测试产品冲击脆值的最常用方法（参考ASTM D 3332标准）应用破损边界理论方法确认产品破损的临界加速度和速度变化量，任何大于该两个参量的冲击，都将导致产品损坏，如左图，任何落入破损区的冲击都将损坏产品。第二步.确定产品脆值破损边界曲线破损边界曲线破损边界理论两个关键变量：1.临界速度变化量2.临界加速度1.临界速度变化量2.临界加速度速度变化量(V)指冲击触碰点入射速度(Vi)和反弹速度(Vr)之差。速度变化量可认为是冲击能量耗散的度量。速度变化量也等于冲击加速度波形对时间的积分（冲击加速度波形覆盖的面积）V=冲击加速波形所覆盖的面积冲击加速波形所覆盖的面积gm/s时间 s时间 sV第二步.确定产品脆值什么是速度变化量？式中:e=Vr/Vi(回弹系数，一般在式中:e=Vr/Vi(回弹系数，一般在0 到 1 0 到 1 之间之间)g=重力加速度=9.8 m/s2h=自由跌落高度 mVi=冲击速度Vr=反弹速度)g=重力加速度=9.8 m/s2h=自由跌落高度 mVi=冲击速度Vr=反弹速度以球体自由跌落为例，速度变化量计算公式如下：V V=Vi-(-Vr)Vi-(-Vr)=Vi+VrVi+Vr=(1+e)(1+e)2gh回弹系数 0 反弹速度为零，表示完全被缓冲吸收回弹系数 1 反弹速度等于冲击速度 表示缓冲完全无作用回弹系数 一般在 0.25 到 0.75 之间回弹系数 0 反弹速度为零，表示完全被缓冲吸收回弹系数 1 反弹速度等于冲击速度 表示缓冲完全无作用回弹系数 一般在 0.25 到 0.75 之间第二步.确定产品脆值h hVrViVrVi速度变化量如何计算？不同的反弹系数下 速度变化量与跌落高度的关系无反弹50%反弹100%反弹跌落高度速度变化量*参考 ASTM D3332 标准第二步.确定产品脆值速度变化量与跌落高度的关系？跌落高度提高，速度变化量增大要确定破损边界曲线，临界速度变化量首先要确定，速度变化量被认为是测量冲击缓冲能量耗散的指标，在这个区域内产品的损坏首要因素是速度变化量，即冲击能量耗散，而与冲击波形的形状，冲击峰值关系不大。第二步.确定产品脆值临界速度变化量可以告诉工程师，没有包装的产品能承受多大的跌落高度例如:通过速度变化量计算公式，知道包装材料，如果临界速度变化量是 3.0 m/sec,那么产品可以承受 18 in(45 cm)的跌落高度.看下表速度变化量的应用c确定临界速度变化量(Vc)可利用Lansmont冲击试验机进行试验，一般采用2ms脉宽的半正弦波。选用一系列冲击高度对产品进行跌落冲击。跌落高度从小到大，逐次提高，直到产品破损。把产品破损前一次的速度增量作为临界速度增量(Vc)，并过Vc作垂线。圆点代表不同的试验次序和数据记录，用圆圈表示产品发生破损时的试验记录，如下图。第二步 确定产品脆值如何确定临界速度变化量Vc2msGms宽度保持不变Vc一旦产品的临界速度变化量确定了，接下来需要确定临界加速度，知道产品的临界加速度后才能决定使用合适的包装来保护产品.确定临界加速度常常用梯形波来测试。第二步 确定产品脆值确定临界加速度Gc确定产品的临界加速度，也就是确定产品的机械冲击脆值。利用Lansmont冲击试验机进行试验，采用梯型波。首先选择一个合适的跌落高度，保证速度增量V离开破损边界曲线的弯曲部分，一般要求满足 V/2Vc。然后，保持速度增量恒定，逐次增大冲击加速度，直到产品破损。把产品破损前一次的冲击加速度值作为临界加速度Gc，并过Gc作水平线。圆点代表不同的试验次序和数据记录，圆圈表示产品发生破损时的试验记录,如下图。如何确定临界加速度GcVcGmsVc面积保持不变第二步.确定产品脆值下图是矩形波（或梯形波)、半正弦波、后峰锯齿波等三种典型冲击波形的破损边界曲线从上图可看出，矩形波冲击对产品造成的危害最大、最严酷。因此，在确定产品的冲击易损性时，通常以矩形波作为试验和测试的基础，特别是在产品的流通环境条件不甚明确的情况下，更应选用矩形波冲击。这种评价结果虽然有些保守，但有利于提高缓冲包装设计的可靠性。第二步 确定产品脆值为什么用梯形波确定产品冲击脆值？用光滑曲线连接由前两步试验分别得到过临界速度增量的垂直线和临界加速度的水平线，从而产生了两个典型点，即点(V，2Gc)和点(/2Vc，Gc)。利用光滑曲线连接这两个典型点，最后得到下图所示的产品破损边界曲线。第二步.确定产品脆值冲击破损边界曲线生成任何落入破损区的冲击都将损坏产品。*更多信息请参考产品易损性测试方法振动是一种连续、长时间历程的动态机械运动，振动可以导致多种系统的失效和损坏，如局部磨损，部件松落，疲劳破损等。振动脆值冲击与振动是产品在运输过程中所经受的两个非常重要的动态载荷，也是造成包装产品破损的主要因素。第二步.确定产品脆值在振动条件下，产品的易损性主要表现为振动峰值破损。振动脆值关键在于寻找产品的共振点及在共振点下产品的最大耐受值。产品一般由各种各样有不同大小和质量的组件组成，为了分析方便,我们可以简化这些组件为一个弹簧质量系统。Fn=12产品共振点K/m Fn为系统自然频率（固有频率）为系统自然频率（固有频率）第二步.确定产品脆值受到外部激励时，每一个组件将按其自然频率Fn自由振动.整个产品的振动非常复杂，是所有这些组件的振动集合.F1=12K/m F2=12K/m F3=12K/m 112233第二步.确定产品脆值产品共振点在振动条件下，产品的易损性主要表现为振动峰值破损。对于稳态振动，由于加速度幅值很低，不会引起产品的破损，当产品的固有频率与外部振动激励频率相等或很接近时，发生共振现象，产品振动最强烈，产品承受的加速度达到最大值，如左图，fn是产品的固有频率，Tr是产品的振动放大系数。当该加速度值超过产品结构允许的强度极限时，可能导致产品振动疲劳破损。常用液压振动台的共振搜索和驻留试验来确定产品的共振频率点及最大耐受值。第二步.确定产品脆值产品共振点破坏使用Lansmont液压振动台做正弦扫描测试，加速度幅值保持0.5g恒定，输出频率按0.5oct/min变化，扫描寻找产品共振峰（通过安装两个传感器，分析两个传感器的振动比值）寻找到共振峰点后，在共振点做驻留试验，判定哪个共振峰容易引起产品的损坏，及最大耐受值，如右图A点共振点57Hz，最大耐受50g;B点共振点82Hz，最大耐受30g，B点为产品易损点。第二步.确定产品脆值共振频率破坏点寻找*参考标准 ASTM D 3850，更多信息请参考产品易损性测试方法AB冲击脆值使用破损边界曲线确定什么样的冲击导致产品损坏。破损边界曲线通过临界速度变化量和临界加速度来定义。临界加速度也定义为冲击脆值。振动脆值在振动条件下，产品的易损性主要表现为振动峰值破损，通过扫描试验确定产品的共振频率点，通过驻留试验确定关键损坏点，即最大耐受值。产品的脆值定义，即量化产品耐受严酷运输和使用环境破坏的能力。产品脆值分冲击脆值，振动脆值。第二步.确定产品脆值第二步总结：第三步：产品局部改进第三步.产品改进通过脆值试验，如果产品局部太过脆弱，提高自身强度非常容易，把问题留给包装导致成本过高，先提高产品自身强度到合理范围。产品脆值信息的应用如果你的产品仍在原型设计阶段，冲击和振动脆值信息可以让工程师决定是否改进产品脆弱部分，提高产品强度或降低产品强度。如果产品设计已经完成，冲击和振动脆值信息可以帮助工程师选择设计合适的包装保护产品。第三步.产品改进如果发现产品过于脆弱或过于坚固均需考虑改善产品的设计。第三步.产品改进我们如何改进产品？如果产品局部脆值太小，采用缓冲包装不能较好地实现产品防护，或防护成本过大，则先对产品进行强化设计，提高自身体抗力到合理水平；如果产品局部过于坚固，生产成本较高，则可以降低产品脆值，使用包装做替代保护。同样，产品振动脆值即振动易损点不合适，如我们通过第一步SAVER获取的振动频谱，分析知道运输工具的固有频率，如果运输工具的固有频率与产品固有频率一致或相近时，产品的共振频率可通过改进产品结构设计，调整共振频率点到更合适的区域。一些小的部件可以大大改善设计：增加支撑杆改善托架支撑增加垫衬保护第三步.产品改进加强镙拴刚度、尺寸改进线径、长度改进部件安装方式我们如何改进产品？*因产品的多样性，具体到某一款产品设计的改进方法应更多咨询产品设计工程师。产品改进设计融入包装防护设计，基于可接受的脆值水平，进行产品与包装联合设计。综合设计的目的是在有效保护产品的前提下最大限度的降低综合成本。1.通过第二步我们知道了产品的冲击脆值和振动脆值。2.基于可接受的脆值水平，包装成本我们重新考虑改进产品的结构设计。3.产品过于脆弱先提高产品脆值到合理水平，产品过于坚固适当降低产品脆值。4.同样根据需要调整产品易损自然频率到更合适的区域。5.综合设计的目的是在有效保护产品的前提下最大限度的降低综合成本。第三步.产品改进第三步总结：第四步：缓冲材料特性测试第四步.缓冲材料特性测试包装缓冲材料性能分析及测试，分析备用缓冲材料的冲击缓冲特性曲线，振动传递特性曲线。缓冲包装材料是缓冲包装件的介质层，能够吸收冲击和振动能量，具有抑制冲击和振动，减少或防止包装件破损的作用。常见的包装材料有泡沫塑料，瓦楞纸，蜂窝纸板，气泡塑料等等，不同的包装材料有不同的动态缓冲特性，振动传递特性。1.冲击缓冲特性曲线冲击缓冲特性曲线:冲击缓冲特性曲线是描述缓冲材料对不同的静态载荷重物，自由落下撞击到缓冲材料，缓冲材料对其的减速性能。2.振动传递特性曲线振动传递特性曲线:振动传递特性曲线是描述缓冲材料的频率特性，在哪个频率区间缓冲材料对输入的振动起到放大作用，哪个区间缓冲材料对输入振动起到过滤或衰减作用。缓冲包装材料的关键特性缓冲包装材料的关键特性第四步.缓冲材料特性测试冲击动态缓冲特性是指从预定高度自由跌落的重锤对缓冲包装材料施加冲击时，重锤所受到的缓冲材料反作用力的最大加速度，一般采用重力加速度的倍数Gm来表示。冲击缓冲特性曲线冲击缓冲特性曲线如上图，在缓冲材料厚度5cm，跌落高度60cm的恒定条件下，测试不同静应力（不同重量）的重锤冲击缓冲材料，重锤承受的反作用力的最大加速度值。第四步.缓冲材料特性测试WAH底座试样重锤缓冲材料的动态缓冲特性试验是用自由跌落的重锤对缓冲包装材料施加冲击载荷，模拟装卸过程中缓冲包装材料受到的冲击作用，求得缓冲包装材料的动态缓冲特性及其曲线：最大加速度静应力曲线（Gmm）-静应力；W-重锤重量；A-试样的承载面积；=冲击缓冲特性曲线测试方法冲击缓冲特性曲线测试方法m1.当最大应变时，重锤速度为零，反弹力最大，重锤受到的加速度Gm最大。2.缓冲材料性能越好，耗散的能量越多，最大加速度越小。GmW第四步.缓冲材料特性测试使用LANSMONT M23缓冲材料试验机，重锤从预定跌落高度自由冲击缓冲包装材料，通过固定在重锤上的加速度计和Lansmont TP3采集系统获得冲击加速度时间曲线。在不改变缓冲包装材料厚度和跌落高度的情况下，只改变重锤重量，则得到一系列最大加速度和静应力数值，以静应力为横坐标、最大加速度为纵坐标，绘制曲线即可得到缓冲包装材料的最大加速度静应力特性曲线，如下图。冲击缓冲特性曲线测试设备冲击缓冲特性曲线测试设备*参考标准 GB 8167，ASTM D 1596-97(2003),更多信息请参考缓冲材料 动态缓冲特性测试第四步.缓冲材料特性测试如左图是瓦楞纸板的冲击缓冲曲线，冲击缓冲曲线呈凹谷状，开口向上，只有一个极点，即随着静应力的增加，峰值加速度先减少（缓冲性能提高），到最优点后再增加（缓冲性能下降）。对于同种类型纸板，随着跌落高度的增加，动态缓冲曲线的凹谷点向左上方偏移（缓冲性能下降）。最大加速度越小，缓冲性能越好，同种材料对某一静应力的负载有最好的缓冲性能，静应力变大，或静应力变小，缓冲性能都将下降。冲击缓冲特性曲线特点冲击缓冲特性曲线特点第四步.缓冲材料特性测试振动传递特性是振动传递率与频率之间的关系，振动传递特性用于评定缓冲包装材料的振动传递(隔振)特性以及对内装物的保护能力。缓冲材料的振动传递特性曲线定义材料的频率特性，在哪个频率区间材料对输入的振动起到放大作用，哪个区间材料对输入振动起到过滤或衰减作用。缓冲材料振动传递特性第四步.缓冲材料特性测试使用LANSOMNT液压振动台模拟包装件在正弦扫描振动作用下缓冲材料的受力状态。两块试样分别放置在质量块的上下位置，将固定装置的盖板压在质量块上部的试样上并适当加固。记录在振动状态下质量块和振动台上的加速度信号，两信号幅值相除即为传递率，并将其绘制成振动传递率-频率曲线。质量块由硬木或金属制成，调节质量块的质量，对试样施加所需的静载荷。试验时，振动台的激励加速度是0.5g，扫频速率是0.5 oct/min。从3Hz开始增加频率，并使其通过系统的共振点，直到传递率减少到大约0.2为止.振动传递率曲线测试方法缓冲包装材料的振动传递特性测试系统由振动系统和数据采集与分析系统组成，振动系统由质量块、固定装置、振动台等组成，如下图：振动传递特性测试方法LANSMONT 液压振动台第四步.缓冲材料特性测试通常，缓冲特性频率拐点曲线随着静压力的增加而呈下坡状，这是因为静压力的增加等效于我们前面提到的弹簧系统质量的增加，质量增加系统固有频率下降。不同的静压力下有不同的传递率曲线，如左图，在静压力为0.2KPa下材料的频率传递特性曲线，曲线显示了缓冲材料在那个频率区间将放大振动，哪个区间将会过滤或衰减振动。右图，为不同的静压力下材料的频率特性曲线的各个拐点频率，Fb曲线为不同静压力下衰减拐点，Fn 曲线为不同静压力共振点，Fa曲线为不同静压力下放大拐点。振动传递率曲线特点：Fn=12K/m 第四步.缓冲材料特性测试1.缓冲包装材料是缓冲包装件的介质层，能够吸收冲击和振动能量，具有抑制冲击和振动，减少或防止包装件破损的作用。2.缓冲包装材料的两个重要特性：缓冲冲击动态特性，振动传递特性。3.缓冲冲击动态特性的定义，测量方法，测量设备，曲线特点。4.振动传递特性的定义，测量方法，测量设备，曲线特点。第四步总结：第四步.缓冲材料特性测试综合以上的环境因素，产品脆值以及缓冲材料的性能，同时综合费用和物流方面的信息对产品的包装系统加以设计。第五步：原型包装设计第五步.原型包装设计1.冲击保护:包装必须能保护产品从地面到设计高度内的跌落第五步.原型包装设计通过第一步，我们知道了产品要经受的振动和冲击幅值；通过第二步，我们知道了产品的脆值，易损频率，产品耐受值；通过第三步，我们进一步优化了产品结构，提高了产品脆弱部分的强度；通过第四步，我们知道了各种缓冲保护材料的缓冲特性和频率特性。结合前面四步的信息，第五步原型包装的设计最为关键的。冲击与振动是包装损害的两个主要因素，包装设计主要从这两个方面入手：2.振动保护:包装必须能过滤或衰减产品关键共振点的振动其他考虑因素，如通过第一步SAVER记录知道了使用环境的气候条件，缓冲材料必须符合气候条件要求；材料的成本，材料是否符合产品标准等均需综合考虑。通常包装要缓冲的最严酷的物理输入是由跌落或错误处置引起的冲击.包装缓冲的目的是要把高加速度，短脉宽的冲击（如跌落到坚固的地面的冲击）缓冲为低加速度，长脉宽的冲击，确保低了产品的脆值，不引起产品损坏。（g）加速度时间 s冲击输入缓冲后的冲击波形第五步.原型包装设计冲击保护设计:静应力s最大加速度Gm（g）10KPa00.150最大加速度静应力曲线厚度t=5cm高度H=60cm0.2607080步骤1.通过第一步分析物流环境确定等效跌落高度，假如跌落高度60cm，选择第四步在该跌落高度下的各种材料冲击缓冲特性曲线，如下图：冲击保护使用什么材料？第五步.原型包装设计例：瓦楞纸冲击缓冲曲线冲击保护材料的选择主要依据冲击缓冲特性曲线和产品冲击脆值两个指标静应力s最大加速度Gm（g）10KPa00.150最大加速度-静应力曲线厚度t=5cm 高度H=60cm0.2607080Ac区域表示缓冲材料静应力如果在这区间内，则在设计高度跌落的产品受到的反作用力的最大加速度将小于产品脆值，保证产品不损坏，包装能起到保护的作用。小于该设计高度的跌落，因为凹谷线往下移动，有更大的Ac区域，所以更安全。步骤2.在材料冲击缓冲曲线上画出我们在第二步确定的产品临界加速度脆值水平线，假设70g，如下图：冲击保护使用什么材料？第五步.原型包装设计例：瓦楞纸冲击缓冲曲线临界加速度Ac区域区域（g）加速度频率Hz原产品振动频谱缓冲后的振动频谱第五步.原型包装设计振动保护设计:包装设计的目的是要让整个包装体系成为一个振动的“物理滤波器”衰减输入的振动，不放大产品的共振频率处振动，保证关键点共振频率的振动幅值小于产品最大耐受值。Hz0.05不同静压力下传递率拐点频率频率拐点FbFnFa静压力0.1 0.15 0.2KPaFa放大点曲线Fn共振点曲线Fb衰减点曲线第五步.原型包装设计步骤1.选择第四步不同材料在不同静压力下的传递特性曲线，如下图：振动保护使用什么材料？例：瓦楞纸不同静压力传递率拐点曲线0.45506070120振动保护材料的选择主要依据材料频率特性曲线和产品振动脆值两个指标Hz0.05不同静压力下传递率拐点频率频率拐点FbFnFa静压力0.1 0.15 0.2KPaFa放大点曲线Fn共振点曲线Fb衰减点曲线第五步.原型包装设计步骤2.在振动传递特性曲线上水平画出，第二步确认的产品最低点共振振频率，假如70Hz，如下图：振动保护使用什么材料？0.45506070110产品最小共振频率因为传递率拐点曲线随着静压力的增加而呈下坡状，则水平线与Fb的交点以右的bC区域，即静压力大于0.23KPa，材料对产品的振动峰都起到衰减作用bC衰减区域例：瓦楞纸不同静压力传递率拐点曲线-静应力；W-重锤重量；A-试样的承载面积；=?WAW=20 lbsA=100 In2=?WA假设：静应力值提高到=0.8PSI?=?A20/0.8=25 In2静应力值的选择有几个考虑因素：1.选择同时满足aC和bC静应力区间2.在区间内选择高应力值意味着选择较小的保护面积A，使用较小的材料，有更低的成本。3.但如果考虑到材料蠕变又希望选择更小的静应力。综合评估后确定静应力，静应力确定后就可以计算出材料使用面积。第五步.原型包装设计通过冲击缓冲材料曲线确定aC静压应力区和振动传递率曲线确定bC静应力区间后，如何选择静应力值呢？=0.2PSI=保护面积缩小到1/4节约材料成本原包装面积和静应力静压力的选择包装设计必须能够实现冲击的缓冲和振动输入的过滤，满足保护产品的需求。要兼顾这两项保护有时会带来了挑战，因为最好的冲击保护设计未必对振动保护有利，同样，最好的振动保护对冲击也未必有利。由于材料的限制,有经验的工程师设计时会根据我们第一步采集的流通环境数据和第二步产品脆值数据，做出相应妥协，但往往一般先考虑振动的保护,因为：第五步.原型包装设计所以保护设计往往先偏向于振动，但不是所有的情况都这样，如冲击脆值很小，共振频率较高时，就要先考虑冲击的保护，所以要具体分析！1.不管用什么运输方式，振动是必然存在的，相对振动而言，冲击或跌落的概率比较小。2.冲击脆值测试时用梯形波，测试比较严酷，实际运中的冲击波形可能是正弦等其他波形，所以产品脆值要比实验室测试高些。3.输跌落高度一般不会每次都按设计高度跌落，一般情况下实际的跌落高度要低于设计值。冲击保护与振动保护冲突时如何协调：冲击保护与振动保护冲突时如何协调：1.冲击与振动是包装损害的两个主要因素，包装设计主要从这两个方面入手。2.冲击保护，冲击保护材料的选择主要依据材料冲击缓冲特性曲线和产品冲击脆值两个指标，确定Ac静应力区域。3.振动保护，振动保护材料的选择主要依据材料频率特性曲线和产品振动脆值两个指标，确定Bc静应力区域。4.综合aC和bC静应力区选择适当的静应力，由静应力再确认材料缓冲面积第五步总结：第五步.原型包装设计对设计出来的包装，联合产品在实验室进行系列的验证试验，确认所有设计完全满足产品对包装的各项要求。第六步：原型包装测试第六步.包装测试一旦包装设计完成后,需要对包装原型进行测试,确保所有的设计目标得到满足。包装性能测试主要模拟交通运输损坏事件,各种因素可以单独或结合在一起测试。第六步.包装测试运输损坏模拟测试的主要内容:1.冲击（跌落）2.振动3.压力4.气候包装测试内容设计的包装必须将产品和包装受到的瞬间高加速度冲击作用转变为长脉冲宽度和低加速度幅值的响应。包装必须能保证从设计高度以下的跌落，产品不损坏，产品受到的冲击加速度值小于产品脆值。跌落测试时的速度变化量和峰值加速度应该大于第一步SAVER测量的跌落数据。跌落冲击测试跌落测试时可以使用LANSMONT的跌落试验机，配合TP3采集系统来完成。在产品的重心或敏感位置安装检测加速度传感器，使用TP3采集分析系统记录冲击加速度波形和幅值，运用破损边界曲线，分析速度变量，加速度峰值是否在破损的安全区。第六步.包装测试平面跌落通常被认为是最严酷的跌落方式，平面跌落时，冲击能量按单个轴向全部传递到产品，能量很少损失到边，角等其他面的缓冲位置。所以常用平面跌落测试包装保护性能。平面跌落包装不易损坏，但角和边跌落时容易导致包装损坏。角和边跌落常用来测试和评估包装在运输中是否能保持原状，保证码放形状。跌落冲击测试方式第六步.包装测试平面边（棱）角*参考标准：GB/T 4857.5；ISO 2248-1985；ASTM D 5276-98；DIN EN ISO 22248-1993等。更多跌落试验测试信息参考运输包装件跌落试验水平冲击测试第六步.包装测试包装件在运输过程中会受到水平冲击。如搬运中遇到障碍物，车辆的启动和制动，火车挂钩撞击，飞机降落，海浪中摇晃等。因此可以用水平冲击试验模拟包装件在运输过程中承受水平冲击的状况，用于评定运输包装件在受到水平冲击时的耐冲击强度和包装对内装物的保护能力。冲击测试时的速度变化量和峰值加速度应该大于第一步SAVER测量的冲击数据。试验原理：使试验样品按预定状态以预定的速度与一个垂直速度方向的挡板相撞，也可以在挡板表面和试验样品的冲击面、棱之间放置合适的障碍物以模拟在特殊情况下的冲击。*参考标准：GB/T 4857.11；GB/T 4857.15；ISO 2244-2000；ISO 8318-2000；ASTM D 5277-92；ASTM D4003-98；DIN EN ISO 2244-2002等。水平冲击测试设备第六步.包装测试斜面冲击试验机：斜面冲击试验机：斜台是由一个带轮子的托盘和倾斜10钢轨组成。当测试物放置托盘上，它的表面与托盘的运行方向垂直，倾斜托盘的底部与挡板撞击。根据需要的冲击速度，托盘被放置在钢轨上离挡板一定的距离上，然后托盘沿着倾斜10轨道滑落，撞击在挡板上。LANSMONT的斜面冲击试验机LANSMONT HITS水平冲击试验机水平冲击试验机：水平冲击试验机：与斜面冲击相比水平冲击试验机可以产生更复杂的冲击波形如正弦波、三角波、梯形波，以及更精确的冲击加速度，产生更接近实际的运输环境的冲击脉冲。冲击波形分析可配合LANSMONT TP3标准采集分析系统来完成。*更多水平冲击试验信息请参考运输包装件水平冲击试验包装设计的目的是要让整个包装体系成为一个振动的“物理滤波器，理想的状态下，所设计的包装体系将可以尽量过滤掉对产品敏感的振动成分，包装体系自身的一阶谐振频率应小于产品最低固有频率的一半。振动测试可以使用Lansmont液压振动台来进行，把产品用包装保护后固定在振动台上，产品敏感位置安装检测传感器，整个包装体系在刚性较好的位置安装响应传感器。用振动脆值试验时一样的扫描条件，扫描整个包装体系的共振点，绘制频率-传递率曲线，分析包装体系对振动响应是否合适。寻找到包装体系共振点后，执行各个共振点的驻留试验。完成包装体系驻留试验后，再附加测算产品的共振点，同样用驻留测试。驻留试验通过后，导入第一步用SAVER记录的道路运输随机路谱数据，测试模拟真实的路面运输振动，确保关键点振动小于第二步确定的产品最大耐受值，评估实际使用效果。第六步.包装测试振动测试*参考标准：GB/T 4857.7；GB/T 4857.10；GB/T 4857.23；ISO 2247-2000；ISO 8318-2000；ISO 13355:2001；ASTM D 999-08；ASTM D 4728-06；DIN EN ISO 2247-2002；DIN EN ISO 8318-2002；DIN EN ISO 13355-2003等。更多振动测试信息参考运输包装件振动试验堆码压力测试第六步.包装测试静载堆码试验可以模拟包装件在运输和贮存过程中，以堆码方式放置时，堆码后底部包装件将承受上部货物的重压。该试验可用于评定包装件在堆码时的耐压强度，或对内装物的保护能力。它既可以作为研究包装件在堆码中受压时的影响（变形，蠕变，压坏或破裂）的单项试验，也可从作为测定包装件在包括有堆码压力危害的流通系统中耐压能力的一系列试验的组成部分。Lansmont 堆码压力试验机静应力试验可用Lansmont堆码压力试验机进行，系统上部挤压机构提供一个真实的模拟挤压环境，内置标准的工业试验条件，可按恒定速率测试或按恒定负载测试。*参考标准：GB/T 4857.3；ISO 2234-2000；ASTM D 4577-05；DIN EN ISO 2234-2002 等。1.一旦包装设计完成后,需要对包装原型进行测试,确保所有的设计目标得到满足。2.测试分垂直冲击测试（跌落），水平冲击测试，振动测试，堆码测试，温度湿度测试。3.测试参考GB/T 4857,ISO,DIN EN ISO,ASTM 等标准进行。4.测试量值应超过或覆盖第一步确定的运输环境因素各危害量值。第六步总结：第六步.包装测试1.确定流通环境2.确定产品脆值3.产品局部改进4.缓冲材料测试5.原型包装设计6.原型包装测试缓冲包装设计是一个有针对性，持续改进的过程，不是一次设计能解决终身问题。运输环境的改变：如不同的运输路线，运输装备，运输方法，运输目的地；产品特性的改变，如产品质量，产品结构，更换供应商；不同的缓冲材料等，这些因素的改变，都要重新评估包装的适用性，重新考虑包装设计的改进方法。后续：持续改进问题？六步法总结六步法总结 您的产品您的产品一个产品能在市场上成功表现，取决于很多因素，如品牌、价格、用户偏好等。但作为设计工程师，您首先要确保您的产品在运输环境中不发生损坏，能安全完整的抵达用户现场。那么产品在运输过程中经历什么样的环境？是如何损坏的呢？我们如何量化这些破坏因素。运输测量运输测量车辆行驶在一系列凹坑上、从两米高的地方跌落、18小时的直