发泡聚苯乙烯缓冲性能分析方法--包装工程毕业设计.doc

xx理工学院毕业设计(论文)开题报告(含文献综述、外文翻译)题 目发泡聚苯乙烯缓冲性能分析方法 姓 名 xx 学 号 3120614033 专业班级 12包装工程1班 指导教师 xx 学 院 机电与能源工程学院 完成日期 2016年3月5日 目 录目 录I文献综述11. 引言12. 聚苯乙烯泡沫(EPS)的定义、性能12.1 聚苯乙烯泡沫(EPS)的定义12.2 聚苯乙烯泡沫(EPS)的性能12.2.1 聚苯乙烯泡沫的化学性能22.2.2 聚苯乙烯泡沫的物理性能23. 聚苯乙烯泡沫(EPS)的发展和应用33.1 聚苯乙烯泡沫(EPS)的发展33.2 聚苯乙烯泡沫(EPS)的应用33.2.1 聚苯乙烯泡沫（EPS）的具体应用33.2.2 苯乙烯泡沫（EPS）产品废弃物的具体应用44. 聚苯乙烯泡沫(EPS)的国内外的研究现状44.1 聚苯乙烯泡沫(EPS)的国内研究现状44.2 聚苯乙烯泡沫(EPS)的国外研究现状65. 总结7参考文献8开题报告101. 研究意义102. 研究背景103. 主要研究工作143.1 研究内容143.2 研究重点与难点143.2.1 编辑求解EPS缓冲曲线程序143.2.2 编辑求解EPS单自由度缓冲作用下衬垫设计143.2.3 编辑求解EPS二自由度缓冲作用下易损件的加速度响应程序154. 研究方法与实施进度计划15参考文献16外文翻译和原稿18II文献综述发泡聚苯乙烯缓冲性能分析方法1. 引言聚苯乙烯泡沫是一种轻型高分子聚合物。它是采用聚苯乙烯树脂加入发泡剂，同时加热进行软化，产生气体，形成一种硬质闭孔结构的泡沫塑料。EPS泡沫是一种热塑性材料，白色珠状颗粒，每立方米体积内含有300-600万个独立密闭气泡，内含空气的体积为98%以上,相对密度1.05，由于空气的热传导性很小，且又被封闭于泡沫塑料中而不能对流，所以EPS是一种隔热保温性能非常优良的材料。这种均匀封闭的空腔结构，同时也使EPS泡沫具有吸水性小，质量轻及较高的机械强度等特点。EPS是当前最轻的包装材料，在冰箱、冷柜、冷藏库等方面广为应用，土木建筑中也用它来作保温隔热材料。2. 聚苯乙烯泡沫(EPS)的定义、性能2.1 聚苯乙烯泡沫(EPS)的定义聚苯乙烯(英文polystyrene，简称PS)是由含有不饱和键的苯乙烯(英文styrene)单体在引发剂(或催化剂)存在下进行聚合反应生成。化学反应方程式如下: 聚苯乙烯泡沫(英文Expanded polystyrene，简称EPS)是由聚苯乙烯(PS)经加热发泡后形成的具有微细闭孔结构的泡沫塑料1 。2.2 聚苯乙烯泡沫(EPS)的性能EPS由聚苯乙烯颗粒发泡而成，根据发泡的方式分为:模型中发泡和挤出法发泡，在EPS成型过程中，聚苯乙烯颗粒中的戊烷受热汽化，在颗粒中膨胀形成许多封闭的空腔，正是这种均匀的封闭空腔结构决定了EPS具有许多材料所没有的特性。2.2.1 聚苯乙烯泡沫的化学性能EPS的化学特性从其本质上说与聚苯乙烯树脂相同，对于一般的酸、碱、动植物油、盐类等有较好的抗化学性，而对于芳香族碳化氢、卤族碳化氢、酮类等矿油系药品具有易溶解的性质。因此，要注意防止与这些物质接触。另外，EPS具有耐久性，在自然环境下具有耐霉变、不受白蚁的影响 2 。2.2.2 聚苯乙烯泡沫的物理性能（1）密度。EPS的密度由成型阶段聚苯乙烯颗粒的膨胀倍数决定，一般介于1045kg/m3之间，作为工程中使用的EPS其表观密度一般在1530kg/m3。密度是EPS的一个重要指标，其各项力学性能几乎与它的密度成正比关系 3 。（2）保温隔热性能。EPS具有良好的保温性能是因为它由完全封闭的多面体形蜂窝构成，蜂窝的直径0.080.15mm，蜂窝壁厚为0.001mm。EPS由约98%的空气和2%的聚苯乙烯组成。截留在蜂窝内的空气是一种热的不良导体，因而对EPS的热绝缘（保温）性能起决定性的作用。与含有其他气体的泡沫塑料不同，空气长期留在蜂窝内，所以保温效果稳定不变。（3）力学性能。EPS泡沫塑料的变形量是随负载时间的增大而加大。只有在生产两天后才能达到它的承载能力。刚刚出模的制件对压力很敏感，因为泡孔中蒸汽和残留发泡剂的冷凝会导致部分真空，这要等到泡孔吸入空气后才能达到压力平衡。EPS泡沫塑料属于硬性泡沫塑料类。在荷载情况下，它呈现粘弹性，这是一种脆硬性材料所具有的特性。弯曲强度、压缩强度和抗拉强度都与EPS泡沫塑料的表观密度成正比。（4）吸水性能。与其他许多泡沫塑料不一样，EPS泡沫塑料是不吸湿的，即使将它浸没在水中，也仅仅吸很少量的水，由于蜂窝壁是不透水的，水仅能从熔融的蜂窝之间微小通道透入泡沫塑料，不言而喻，吸收的水量（透入的水量）取决于EPS泡沫塑料原材料在加工时的性能和加工条件（特别在发泡时）。随着EPS泡沫制件密度的提高，水的吸收和水蒸汽的透过率下降，水蒸汽的扩散阻力系数上升。（5）导电性能。由于EPS泡沫塑料具有较低的导电性能，因此它易产生自身带电现象，特别是其生产过程中难免要遇到不同程度的摩擦。这样，带静电的珠粒会吸附在管道中，造成管道的堵塞；而制成的包装产品带上静电，既容易吸尘，又会对某些电器产品造成影响。为此，完全有必要对一些EPS包装增添防静电保护剂，即增加EPS泡沫塑料自身的导电性能。3. 聚苯乙烯泡沫(EPS)的发展和应用3.1 聚苯乙烯泡沫(EPS)的发展自上世纪50年代由德国BASF公司开发EPS珠粒生产工艺后，EPS泡沫塑料由于成型工艺简单及设备简易可行，并可制成各种形状、不同密度的产品，因而发展迅速。现在EPS已成为苯乙烯树脂三大产品(GPPS、HIPS、EPS)中重要的产品之一。我国EPS工业从1958年自行研制的悬浮聚苯乙烯塑料上市至21世纪的今天，EPS得到空前的发展，著名的厂家有龙王、兴达、台达等 4 。3.2 聚苯乙烯泡沫(EPS)的应用EPS泡沫塑料为轻质半硬性多孔材料，它由无数闭孔组成，含97%以上的空气，具有导热系数低、冲击强度高、吸水性小、隔音和耐老化等特点。改性后具有抗静电、阻燃等性能，可广泛应用于缓冲包装、漂浮器具、保温隔热和建筑材料等。3.2.1 聚苯乙烯泡沫（EPS）的具体应用 (1)房屋建筑、冷热管道、汽车、机车、船舶、冷藏库、电器、军用兵器、炮弹等的外包装，以达到保温、隔热、隔音、防震的目的。 (2)用于救生设备、浮标以及海上围油栏以减少油船卸油时对水域的污染，是优良的漂浮材料。 (3)代替铸造机械部件中木模，用于实型铸造和精密铸造。(4)与其他多种材料进行复合，制成建筑物中内外墙体材料，代替红砖使用。 (5)用于美术艺术雕刻造型，舞台布景，电影、电视道具，制作动物标本及工艺美术品的内衬等。(6)由于其微波穿透损耗率极低，可用作雷达和微波通讯部件。(7)其泡沫珠粒还是一种新型的过滤材料，可用于种子发芽和水面育秧等。3.2.2 苯乙烯泡沫（EPS）产品废弃物的具体应用(1)捣碎后作土壤改良剂，用于改进粘性太大的土壤。还可与粘土混在一起用作制砖或直接与水泥等混合，浇成轻质水泥地面、屋顶或预制板。这种材料具有阻燃性并能防霜。(2)用作路基底层修筑路面，能使修建在承载能力很差的土壤上的道路具有优良的性能。(3)常温下裂解制成PS树脂，可替代传统的醇酸漆、酚醛漆等产品。(4)用解溶剂型解质法消泡工艺进行消泡回收处理，消泡后的物料运往有关塑料制品厂和粘合剂厂使用，效果良好。(5)利用固体废弃物再生资源处理设备及技术将废EPS和废木屑混合，可生产木屑含量超过50%的超级木材，这种再生木材制成的器具具有天然林木的全部功能 5 。4. 聚苯乙烯泡沫(EPS)的国内外的研究现状4.1 聚苯乙烯泡沫(EPS)的国内研究现状佟富强等6等通过对聚苯乙烯泡沫材料进行不同形变速率的压缩实验，经过数学处理得到不同形变速率条件下材料的缓冲系数最大应力曲线，找出压缩速度对材料缓冲性能影响的变化规律，可用以指导实际应用。 阳以本7介绍了我国现阶段普遍采用的螺旋传动，蒸汽加热发泡工艺生产的可发性聚苯乙烯泡沫材料密度与压缩强度(压缩50%)的关系，分析成果应用的可行性给其摩托车生产工厂带来好的经济效益(EPS应用于摩托车成品包装)。杜骋等8在聚苯乙烯泡沫(EPS)的特性及应用分析文中也指出聚苯乙烯泡沫是一种性能优良的路基轻质填料，具有轻质、高强、较强的化学稳定性和水稳定性、良好的力学性能且施工方便简单等优点，在国外道路工程中有较为广泛的应用。我国对EPS的研究和应用较少，文章对EPS的物理化学性能、力学性能、EPS作为路基轻质填料的结构设计方法、EPS在道路工程中的应用等方而作了较为全而的介绍和分析，对我国使用EPS有借鉴作用。毛快9主要研究了EPS的压缩蠕变性能。EPS材料作为一种热塑性材料，其特点决定其在使用过程中与其他黏弹性材料一样会发生蠕变和松弛现象，因此要考虑EPS材料的性能随时间的变化规律。因为EPS作承重构件时通常受压，长期蠕变则需要几天或更长的时间，且发现仅当应力超过阀值水平时才产生。针对不同密度的EPS进行了短期压缩蠕变实验研究，讨论应力水平和密度对蠕变的影响。朱向荣10采用三轴试验研究EPS在不同加载频率、不同循环次数和不同围压的下强度和模量等的变化规律，为EPS工程应用提供了一些理论依据。xx等11针对泡沫结构的压缩性能，介绍了泡沫结构的试验压缩响应与数值模拟方面的研究进展。结果表明：相对密度、环境温度、压缩应变率及微观结构等参数对泡沫的缓冲性能影响显著。相对密度越大，泡沫结构的屈服应力越大，吸收能量的能力越大；泡沫的吸收能量能力一般随环境温度的增加而减小；由于泡沫的基体材料表现率相关性，应变率增加导致吸收能量能力的增加；当微观结构不同时，泡沫的细胞分布导致结构的缓冲性能差异显著。高德等12根据植物秸秆纤维聚苯乙烯缓冲材料静态压缩实验数据，研究了材料的缓冲性能，并考虑植物秸秆纤维的影响，对Sherwood- Frost本构关系框架进行了扩充，建立了非线性本构关系模型，并利用实验数据成功识别模型参数此种描述植物纤维类材料非线性力学行为的方法，为进一步研究和开发植物纤维聚苯乙烯材料提供了理论基础。都学飞等13比较分析了种厚度EPS缓冲包装材料的压缩变形回复性、外力位移曲线等性能。结果表明，EPS缓冲材料的回复性、永久变形与材料的厚度有很大关系，而它的外力位移曲线的走向大致相同，厚度越大吸收的能量越多，缓冲性能越好。 龙志坚14制备了发泡量相同的微发泡聚苯乙烯, 采用扫描电镜(SEM)和Image-pro图像处理软件对微发泡聚苯乙烯的微孔尺寸进行了观察和统计;建立微球模型, 分析了微孔尺寸大小对微发泡聚苯乙烯力学性能的影响。结果表明:细小而均匀的泡孔对微发泡聚苯乙烯力学性能的提高有较明显的促进作用, 微球模型的计算结果与宏观力学性能的影响规律有很好的重现性。4.2 聚苯乙烯泡沫(EPS)的国外研究现状 Horvath15用边长为5cm的EPS立方体试件在应变速率10 mm/min的条件下，采用应变控制形式进行了无侧限单轴压缩试验，得到压缩应力-应变曲线并对该曲线进行了分析。但没有对多种密度与多种加载速率的情况进行试验比较和分析。Duskov16采用直径为10 cm、高为20 cm的圆柱体EPS试件在20 kPa的作用下进行蠕变研究，得出蠕变曲线，从蠕变曲线的分析中可以看出：EPS材料的蠕变主要发生在加载初期，随着加载时间的增长，蠕变的速率趋于稳定，在加载1年以后蠕变的速率几乎接近常数。Kwang Young Jeong17研究了聚氨酯泡沫塑料的应变率相关行为并制定了新的本构模型，以提高在各种应变速率中实验数据的拟合性。该模型的七个参数被两种应变速率下进行的准静态压缩试验所决定。压缩试验两种应变速率。高、低密度聚氨酯泡沫塑料的两种模型显示在了不同的应变率下应力-应变的关系。所进行的动态压缩试验得出了在高应变率下应力-应变的数据并且将此结果同本构模型进行了比较。Qunli Liu18认为泡沫在受到大的变形的情况下，加压力负载时，可在五参数模型完全确定应力-应变响应的三个基本特征，即线性、可塑性状应力平台和致密化的阶段。此外，根据不同的屈服强度和硬化状或软化的约束条件，该模型的参数可以系统变化，以确定泡沫的初始密度。James M. Gibert19探讨了压盘影响开孔泡沫缓冲材料动力学的定性认识。一个超弹性材料模型是用来描述阻尼和滞回特性为线性粘弹性的非线性泡沫的应力应变关系。使用一个简单的非线性不连续模型的跌落试验以及数值模拟，研究探讨对其的物理影响。数值研究表明，该模型能够提供预测的冲击脉冲的形状、持续时间和幅度，在不同的静态应力和下降高度。模型所产生的动态缓冲曲线保留凹向上的“槽”的实验曲线的形状特征。此外，该模型表明，给定的下降条件下，冲击吸收的最佳振幅取决于泡沫的厚度和横截面面积。 Giampiero Pampolini20利用一个模型耦合的非线性弹性和粘度的概念来描述一种聚氨酯泡沫进行单轴循环压缩响应。非弹性效应是由于泡沫的粘度特性，而应变局部化和滞后归因于应变能密度的非凸性。但该模型并没有重现第一次装卸周期的响应曲线。用现象学的损伤法来描述在第一个加载周期期间发生的损害。开发了一个识别材料常数的程序，并在两个单调和循环变形过程中粘度和损害相互作用进行了讨论。5. 总结实践证明，EPS有着隔热性好、自重轻、自立性强等优良性能，基于EPS的性能和优点，它已经被大量的推广和使用。虽然它具有非常多的特点以及可人的前景，但是我国对EPS本身的性能缺乏深入全面的研究,在使用过程中尚有许多需要解决的问题，EPS的回收等环保因素仍然值得人们考虑。在现代社会中，不论是国内还是国外，“白色污染”是人们共同关注的话题。一些国家已经在大力开展3R运动：要求做到废塑料的减量化、再利用、再循环。目前，在德、日、美等国家，对包装材料的回收处理十分重视，因此减少和合理使用EPS泡沫塑料是迫在眉睫的。因此本次毕业设计选择了对EPS泡沫塑料进行研究。EPS泡沫塑料的缓冲性能研究方法分析是本次毕业设计的研究方向。有理由相信，在相关科研人员的努力下，通过理论计算和实验验证等方法，对包装衬垫进行不断地优化，从而使EPS泡沫塑料的使用量逐步减少。参考文献1 熊志远. 聚苯乙烯泡沫（EPS）力学行为的实验研究D. 湘潭：湘潭大学，2007.2 颜志平. 泡沫聚苯乙烯(EPS)力学性能的室内试验研究J. 中南公路工程，2005，04：4245.3 张卫兵. 聚苯乙烯泡沫(EPS)的特性及其在道路工程中的应用J. 公路，2004，05：146149.4 李忠，郭丽. 聚苯乙烯泡沫(EPS)综述J. 四川建材，2012，05：1011. 5 汪萍. 可发性聚苯乙烯泡沫塑料板材的生产技术和应用J. 现代塑料加工应用，2001，02：31346 佟富强，刘宝璋，杜金来. 形变速率对聚苯乙烯泡沫材料缓冲性能的影响J. 塑料包装，1996，04：3234.7 阳以本. 可发性聚苯乙烯泡沫材料密度与压缩强度的关系及其应用J. 包装工程，1995，02：2732.8 杜骋，杨军. 聚苯乙烯泡沫(EPS)的特性及应用分析J. 东南大学学报(自然科学版)，2001，03：138142. 9 毛快，张俊彦. 聚苯乙烯泡沫(EPS)压缩蠕变实验研究J. 材料导报，2007，S3：468470.10 朱向荣，EPS动力特性试验研究J. 岩土工程学报. 2005，27（11）：1253125611 xx，刘雄建，高德. 多胞缓冲材料本构模型与应用进展J. 浙江大学学报(工学版)，2014，07：1336134412 高德，刘壮，孙智慧. 秸秆纤维EPS缓冲包装材料性能的研究J. 农业机械学报，2006，08：201204.13 都学飞，欧阳效卓，张汪年. EPS缓冲材料的静态压缩性能的试验研究J. 包装工程，2012，03：3941+45.14 龙志坚，龚维，肖开折，李宏，何颖. 微孔发泡聚苯乙烯力学性能的分析与探讨J. 现代塑料加工应用，2011，04：2326.15 Horvath J S. Expanded polystyrene( EPS) geofoam：an introduction to materialbehaviorJ. Geotextiles and Geomembrances，1994 (13)：26280.16 Dnskov M. Materials research on EPS20 and EPS15 under representative conditions inpavement StructuresJ. Geotextiles and Geomembrances，1997，(15)：171817 Kwang Young Jeong，Seong Sik Cheon，Mahbubul Basit Munshi. A constitutive model for polyurethane foam with strain rate sensitivityJ. Journal of Mechanical Science and Technology，2012，267：.18 Qunli Liu，Ghatu Subhash. A phenomenological constitutive model for foams under large deformationsJ. Polym Eng Sci，2004，443：. 19 James M. Gibert,Gregory S. Batt. Impact Oscillator Model for the Prediction of Dynamic Cushion Curves of Open Cell FoamsJ. Packag. Technol. Sci.，2015，283：.20 Giampiero Pampolini，Michel Raous. Nonlinear elasticity，viscosity and damage in open-cell polymeric foamsJ. Archive of Applied Mechanics，2014，8412：.开题报告发泡聚苯乙烯缓冲性能分析方法1. 研究意义随着国民素质的提高，环保问题已经深入人心，“白色污染”也成为了人们共同关注的热门话题。发泡聚苯乙烯缓冲材料的质量比较轻省、具有良好的缓冲和保温性能，基于发泡聚苯乙烯缓冲材料的性能和优点，它已经被人们大量的推广和频繁的使用，但是发泡聚苯乙烯缓冲材料的回收问题值得人们认真考虑。滥用发泡聚苯乙烯缓冲材料，不仅是对泡沫原材料的浪费，更会造成危害极大的“白色污染”。目前，在美国等发达国家和其他欧洲城市，已经对废弃的包装泡沫塑料不断进行回收、循环利用，杜绝出现过度包装的现象，减少和合理使用发泡聚苯乙烯缓冲材料是一个迫在眉睫的问题。因此本次毕业设计选择了对发泡聚苯乙烯缓冲材料的缓冲性能进行研究，基于MATLAB软件，对发泡聚苯乙烯泡沫的缓冲性能进行理论分析，以此优化发泡聚苯乙烯泡沫缓冲衬垫的包装方案，减少缓冲衬垫的使用量，从而在一定程度上对“白色”污染起到了缓解作用。2. 研究背景程志胜等（2000）1等通过动态和静态压缩试验，分析了聚苯乙烯泡沫塑料衬垫的缓冲性能的基本特征，并应用弹塑性理论，建立了既能反映静态应力应变规律，又能反映其缓冲性能基本特征的非线性数学模型，同时根据试验数据识别了模型参数。胡俊等（2015）2研究了四种不同密度的聚苯乙烯EPS泡沫材料单轴压缩下的应力-应变关系。在Gibson模型和Rusch模型基础上建立了EPS泡沫单轴压缩下应力-应变关系模型，并对建立的模型中各参数分别进行了定义;通过对能量吸收图、吸能效率图、理想吸能效率图的分析表明:应力在0.687MPa1.038MPa范围内，密度为55kg/m3的EPS泡沫吸收的能量最大，当应力1.038MPa时，吸收的能量随密度的增加而增加;四种密度的泡沫(28kg/m3, 40kg/m3, 55kg/m3, 70kg/m3)在吸能能力最佳时的应力分别为0.396MPa、0.565MPa、0.866MPa、1.222MPa;密度为55kg/m3的EPS泡沫最接近于理想吸能材料。Changfeng Ge（2015）3研究了工业上使用的端盖、边缘或角落泡沫和试验样本的平面泡沫之间的应力-应变关系差异和动态影响。一个滞后周期压缩试验，在数字图像相关技术的结合，和击缓冲试验进行评估的静态应力应变、能量耗散和扁角泡沫最大加速度。该研究发现，在压缩试验期间角落泡沫发生的静态应力是平面泡沫的23%，这取决于压缩速度。并研究建议，传统的缓冲曲线向右偏移水平约2335%为了包装设计师运用角泡沫。xx等（2015）4为研究易损件在泡沫缓冲作用下冲击响应，建立了二自由度非线性产品包装系统模型，分析了易损件与泡沫黏弹性耦合后的跌落加速度特性，讨论破损边界上方区域内衬垫面积、厚度及其比值对易损件加速度响应的影响。结果表明，满足约束条件的易损件的最大加速度响应与缓冲衬垫面积和厚度关系成条状特性。随着缓冲衬垫面积与厚度增大，易损件加速度先减小后增大。易损件最大响应加速度与缓冲衬垫体积关系呈现勾状，最后引入系数表征缓冲衬垫的经济性和易损件安全性。郭勇等5等基于缓冲材料宏观本构模型,建立不同缓冲材料组成的串联力学模型。介绍求解串联缓冲系统动力学响应的虚拟质量方法及包装结构优化设计方法。利用MATLAB/GUI编制用于缓冲系统结构设计的界面程序,并脱离MATLAB平台。为缓冲包装动力学设计提供直接方法。佟富强等6等通过对聚苯乙烯泡沫材料进行不同形变速率的压缩实验，经过数学处理得到不同形变速率条件下材料的缓冲系数-最大应力曲线，找出压缩速度对材料缓冲性能影响的变化规律，可用以指导实际应用。 阳以本7介绍了我国现阶段普遍采用的螺旋传动，蒸汽加热发泡工艺生产的可发性聚苯乙烯泡沫材料密度与压缩强度(压缩50%)的关系，分析成果应用的可行性给其摩托车生产工厂带来好的经济效益(EPS应用于摩托车成品包装)。杜骋等8在聚苯乙烯泡沫(EPS)的特性及应用分析文中也指出聚苯乙烯泡沫是一种性能优良的路基轻质填料，具有轻质、高强、较强的化学稳定性和水稳定性、良好的力学性能且施工方便简单等优点，在国外道路工程中有较为广泛的应用。我国对EPS的研究和应用较少，文章对EPS的物理化学性能、力学性能、EPS作为路基轻质填料的结构设计方法、EPS在道路工程中的应用等方而作了较为全而的介绍和分析，对我国使用EPS有借鉴作用。毛快9主要研究了EPS的压缩蠕变性能。EPS材料作为一种热塑性材料，其特点决定其在使用过程中与其他黏弹性材料一样会发生蠕变和松弛现象，因此要考虑EPS材料的性能随时间的变化规律。因为EPS作承重构件时通常受压，长期蠕变则需要几天或更长的时间，且发现仅当应力超过阀值水平时才产生。针对不同密度的EPS进行了短期压缩蠕变实验研究，讨论应力水平和密度对蠕变的影响。朱向荣10采用三轴试验研究EPS在不同加载频率、不同循环次数和不同围压的下强度和模量等的变化规律，为EPS工程应用提供了一些理论依据。xx等11针对泡沫结构的压缩性能，介绍了泡沫结构的试验压缩响应与数值模拟方面的研究进展。结果表明：相对密度、环境温度、压缩应变率及微观结构等参数对泡沫的缓冲性能影响显著。相对密度越大，泡沫结构的屈服应力越大，吸收能量的能力越大；泡沫的吸收能量能力一般随环境温度的增加而减小；由于泡沫的基体材料表现率相关性，应变率增加导致吸收能量能力的增加；当微观结构不同时，泡沫的细胞分布导致结构的缓冲性能差异显著。高德等12根据植物秸秆纤维聚苯乙烯缓冲材料静态压缩实验数据，研究了材料的缓冲性能，并考虑植物秸秆纤维的影响，对Sherwood- Frost本构关系框架进行了扩充，建立了非线性本构关系模型，并利用实验数据成功识别模型参数此种描述植物纤维类材料非线性力学行为的方法，为进一步研究和开发植物纤维聚苯乙烯材料提供了理论基础。都学飞等13比较分析了种厚度EPS缓冲包装材料的压缩变形回复性、外力位移曲线等性能。结果表明，EPS缓冲材料的回复性、永久变形与材料的厚度有很大关系，而它的外力位移曲线的走向大致相同，厚度越大吸收的能量越多，缓冲性能越好。 龙志坚14制备了发泡量相同的微发泡聚苯乙烯, 采用扫描电镜(SEM)和Image-pro图像处理软件对微发泡聚苯乙烯的微孔尺寸进行了观察和统计;建立微球模型, 分析了微孔尺寸大小对微发泡聚苯乙烯力学性能的影响。结果表明:细小而均匀的泡孔对微发泡聚苯乙烯力学性能的提高有较明显的促进作用, 微球模型的计算结果与宏观力学性能的影响规律有很好的重现性。 Horvath15用边长为5cm的EPS立方体试件在应变速率10 mm/min的条件下，采用应变控制形式进行了无侧限单轴压缩试验，得到压缩应力-应变曲线并对该曲线进行了分析。但没有对多种密度与多种加载速率的情况进行试验比较和分析。Duskov16采用直径为10 cm、高为20 cm的圆柱体EPS试件在20 kPa的作用下进行蠕变研究，得出蠕变曲线，从蠕变曲线的分析中可以看出：EPS材料的蠕变主要发生在加载初期，随着加载龄期的增长，蠕变的速率趋于稳定，在加载1年以后蠕变的速率几乎接近常数。Kwang Young Jeong17研究了聚氨酯泡沫塑料的应变率相关行为并制定了新的本构模型，以提高在各种应变速率中实验数据的拟合性。该模型的七个参数被两种应变速率下进行的准静态压缩试验所决定。压缩试验两种应变速率。高、低密度聚氨酯泡沫塑料的两种模型显示在了不同的应变率下应力-应变的关系。所进行的动态压缩试验得出了在高应变率下应力-应变的数据并且将此结果同本构模型进行了比较。Qunli Liu18认为受到大的变形建议。当加压力负载时，可在五参数模型完全确定应力-应变响应的三个基本特征，即线性、可塑性状应力平台和致密化的阶段。此外，根据不同的屈服强度和硬化状或软化的约束条件，该模型的参数可以系统变化，以确定泡沫的初始密度。James M. Gibert19探讨了压盘影响开孔泡沫缓冲材料动力学的定性认识。一个超弹性材料模型是用来描述阻尼和滞回特性为线性粘弹性的非线性泡沫的应力应变关系。使用一个简单的非线性不连续模型的跌落试验以及数值模拟，研究探讨对其的物理影响。数值研究表明，该模型能够提供预测的冲击脉冲的形状、持续时间和幅度，在不同的静态应力和下降高度。模型所产生的动态缓冲曲线保留凹向上的“槽”的实验曲线的形状特征。此外，该模型表明，给定的下降条件下，冲击吸收的最佳振幅取决于泡沫的厚度和横截面面积。 Giampiero Pampolini20利用一个模型耦合的非线性弹性和粘度的概念来描述一种聚氨酯泡沫进行单轴循环压缩响应。非弹性效应是由于泡沫的粘度特性，而应变局部化和滞后归因于应变能密度的非凸性。但该模型并没有重现第一次装卸周期的响应曲线。用现象学的损伤法来描述在第一个加载周期期间发生的损害。开发了一个准确的识别材料常数的程序，并在两个单调和循环变形过程中粘度和损害的相互作用进行了讨论。3. 主要研究工作3.1 研究内容本文围绕发泡聚苯乙烯泡沫（EPS）的缓冲性能进行系统研究，计算在不同的缓冲面积、不同的跌落高度、不同的衬垫厚度等情况下，经过聚苯乙烯泡沫缓冲作用下，易损件的加速度响应。所有研究内容将在理论分析的前提和试验的基础下撰写。本论文的研究内容大致为：第一章：绪论：介绍发泡聚苯乙烯泡沫（EPS）的缓冲性能、国内外研究背景、意义以及思路等。第二章：利用MATLAB/GUI界面建立EPS缓冲数据库求解缓冲曲线：建立MATLAB/GUI界面，基于图片的像素值，求解EPS最大加速度-静应力等缓冲曲线 第三章：利用MATLAB/GUI求解EPS缓冲作用下单自由度缓冲性能：主要通过包装件地脆值、包装件的质量、跌落高度，以及EPS的应力-应变曲线来设计缓冲衬垫的缓冲面积和衬垫厚度。第四章：利用MATLAB/GUI求解二自由度EPS缓冲性能：建立EPS的缓冲本构模型，计算绘制在不同的发泡聚苯乙烯泡沫（EPS）的缓冲作用下，易损件的加速度响应曲线。第五章：总结与展望3.2 研究重点与难点3.2.1 编辑求解EPS缓冲曲线程序利用MATLAB程序在曲线本身坐标轴和EPS材料应力-应变曲线照片的像素坐标（以图片左下角像素点，水平方向为x轴，竖直方向为y轴）建立一系列的转换关系，通过曲线点的拾取，可获得精确的坐标值，并通过相关公式对其加以处理，从而获得缓冲系数-最大应力曲线和最大加速度-静应力曲线。3.2.2 编辑求解EPS单自由度缓冲作用下衬垫设计在计算缓冲衬垫的面积、衬垫厚度等设计程序的条件下，明确求解缓冲衬垫的面积、衬垫厚度等计算步骤。将这些求解的步骤编辑成程序，用MATLAB/GUI制作成程序界面。将编辑完成的程序和界面生成相应的软件包，用于设计缓冲衬垫的最优解。只要选择EPS材料的密度，设定包装件地脆值、包装件的质量、跌落高度，便可求解缓冲衬垫的面积和厚度。3.2.3 编辑求解EPS二自由度缓冲作用下易损件的加速度响应程序 编辑程序利用MATLAB/GUI建立工作界面，只要输入发泡聚苯乙烯泡沫（EPS）衬垫的厚度、缓冲面积，包装件的质量、跌落高度，便可以计算并绘制出在制定的EPS缓冲衬垫作用下易损件的加速度响应曲线。4. 研究方法与实施进度计划对本课题的研究主要采用理论研究和实际相结合的方法，在指导老师的指导下对课题进行研究。在理论研究阶段，通过各种途径收集中、外文献资料，对前人的研究成果进行阅读、总结、归纳、和分析，为文章的撰写提供大量客观可靠的事实依据。在实际解决问题阶段，总结前人的研究结果，利用MATLAB/GUI软件进行编程，生成应用文件，对EPS泡沫缓冲性能进行计算，并通过试验进行验证。最后掌握理论和实际资料，结合大学期间所学的专业知识进行论文的写作。为了有序的完成论文各部分的写作，笔者制订了如下的进度计划：第一阶段：2015年10月2015年11月，阅读并收集中、外文献资料。第二阶段：2015年11月2015年12月，完成外文翻译，撰写文献综述和开题报告初稿。第三阶段：2015年12月2016年1月，对开题报告和文献综述初稿进行修改完善。第四阶段：2016年1月2016年2月，建立MATLAB/GUI界面，建立EPS缓冲数据库求解缓冲曲线。第五阶段：2016年2月2016年3月，建立MATLAB/GUI界面，求解EPS缓冲作用下单自由度缓冲性能和二自由度EPS缓冲性能。第六阶段：2016年3月2016年4月，撰写论文。第七阶段：2016年4月2016年5月，修改论文，准备答辩。参考文献1 熊志远. 聚苯乙烯泡沫（EPS）力学行为的实验研究D. 湘潭：湘潭大学，2007.2 颜志平. 泡沫聚苯乙烯(EPS)力学性能的室内试验研究J. 中南公路工程，2005，04：4245.3 张卫兵. 聚苯乙烯泡沫(EPS)的特性及其在道路工程中的应用J. 公路，2004，05：146149.4 李忠，郭丽. 聚苯乙烯泡沫(EPS)综述J. 四川建材，2012，05：1011. 5 汪萍. 可发性聚苯乙烯泡沫塑料板材的生产技术和应用J. 现代塑料加工应用，2001，02：31346 佟富强，刘宝璋，杜金来. 形变速率对聚苯乙烯泡沫材料缓冲性能的影响J. 塑料包装，1996，04：3234.7 阳以本. 可发性聚苯乙烯泡沫材料密度与压缩强度的关系及其应用J. 包装工程，1995，02：2732.8 杜骋，杨军. 聚苯乙烯泡沫(EPS)的特性及应用分析J. 东南大学学报(自然科学版)，2001，03：138142. 9 毛快，张俊彦. 聚苯乙烯泡沫(EPS)压缩蠕变实验研究J. 材料导报，2007，S3：468470.10 朱向荣，EPS动力特性试验研究J. 岩土工程学报. 2005，27（11）：1253125611 xx，刘雄建，高德. 多胞缓冲材料本构模型与应用进展J. 浙江大学学报(工学版)，2014，07：1336134412 高德，刘壮，孙智慧. 秸秆纤维EPS缓冲包装材料性能的研究J. 农业机械学报，2006，08：201204.13 都学飞，欧阳效卓，张汪年. EPS缓冲材料的静态压缩性能的试验研究J. 包装工程，2012，03：3941+45.14 龙志坚，龚维，肖开折，李宏，何颖. 微孔发泡聚苯乙烯力学性能的分析与探讨J. 现代塑料加工应用，2011，04：2326.15 Horvath J S. Expanded polystyrene( EPS) geofoam：an introduction to materialbehaviorJ. Geotextiles and Geomembrances，1994 (13)：26280.16 Dnskov M. Materials research on EPS20 and EPS15 under representative conditions inpavement StructuresJ. Geotextiles and Geomembrances，1997，(15)：171817 Kwang Young Jeong，Seong Sik Cheon，Mahbubul Basit Munshi. A constitutive model for polyurethane foam with strain rate sensitivityJ. Journal of Mechanical Science and Technology，2012，267：.18 Qunli Liu，Ghatu Subhash. A phenomenological constitutive model for foams under large deformationsJ. Polym Eng Sci，2004，443：.