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塑料托盤（pallet）是為了便于貨物裝卸、運(yùn)輸、保管和配送等而使用的負(fù)荷面和叉車插口構(gòu)成的裝卸用墊板。塑料托盤引進(jìn)后廣泛應(yīng)用于物流運(yùn)輸行業(yè)并成為物流行業(yè)重要的器具，多年來，塑料托盤一直采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，其結(jié)構(gòu)的合理性有待進(jìn)一步研究，在運(yùn)輸管理及儲(chǔ)存過程中，存在多種載荷形式，其中以靜載荷為主，如果設(shè)計(jì)不合理，托盤的安全性得不到保障。因此通過對塑料托盤進(jìn)行CAE分析來模擬各種實(shí)驗(yàn)測試，可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程中潛在的問題，這對縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，減少研發(fā)費(fèi)用有重要的意義。
目前國內(nèi)外對托盤的結(jié)構(gòu)分析并應(yīng)用在設(shè)計(jì)上研究主要有：桑軍等人基于CosmosWorks進(jìn)行了整裝整卸托盤縱梁優(yōu)化設(shè)計(jì),何為宏等人基于PRO-Mechanic分析了木質(zhì)托盤結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)系數(shù),尹恩強(qiáng)等人基于ANSYS有限元分析軟件分析并確定了托盤的結(jié)構(gòu)要素,馬衛(wèi)靜等人基于ANSYS對托盤板材在靜態(tài)承重與叉車叉起時(shí)的力學(xué)性能和承載性能進(jìn)行了分析，國外J.H,LIM等人利用有限元法對托盤的靜態(tài)變形進(jìn)行了比較研究。
塑料托盤材料為HDPE,彈性模量為11GPa,泊松比為0.42,抗彎強(qiáng)度為387MPa,屈服強(qiáng)度為250MPa,質(zhì)量密度為950kg/m3。利用UG基于特征的參數(shù)化造型功能，可建立該托盤的三維模型，將模型導(dǎo)入到ANSYS workbench進(jìn)行幾何清理，最后網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格化后塑料托盤有限元模型，劃分完畢后共有節(jié)點(diǎn)1061698，單元數(shù)為596815，skewness=0.95的單元數(shù)為695，滿足了分析需要。
塑料托盤檢驗(yàn)測試是模擬產(chǎn)品在實(shí)際運(yùn)輸過程中可能經(jīng)受各種振動(dòng)、受壓、跌落、沖擊、溫濕度等環(huán)境因素對產(chǎn)品造成的破壞而進(jìn)行的。塑料托盤產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性能直接關(guān)系到消費(fèi)者的利益，塑料托盤的測試標(biāo)準(zhǔn)具體可以參考國際安全運(yùn)輸協(xié)會(huì)ISTA運(yùn)輸包裝測試標(biāo)準(zhǔn)。
塑料托盤檢驗(yàn)項(xiàng)目如下：(1)靜載實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)負(fù)荷：P=4000kg持續(xù)時(shí)間：24H試驗(yàn)后，撓曲率≤5%試驗(yàn)后無影響使用的裂紋和變形。(2)跌落試驗(yàn)跌落高度：500mm，試驗(yàn)后，無影響使用的裂紋和變形。
根據(jù)實(shí)際流通過程中的工作壓力與實(shí)驗(yàn)平均壓力來確定模擬實(shí)際工作載荷訓(xùn)。對托盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)模型簡化時(shí)，可將上面的受力簡化為均布載荷，由于要求靜力載荷為4×104N，均布載荷為q=W/S，其中S為上面的承載面積。根據(jù)托盤的設(shè)計(jì)參數(shù)，可以計(jì)算出q=0.4MPa。托盤在使用過程中主要是各構(gòu)件強(qiáng)度超過材料實(shí)際屈服強(qiáng)度，造成產(chǎn)品破壞，所以在此以HDPF的屈服強(qiáng)度作為校核產(chǎn)品安全條件。在跌落分析中，采用瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，首先計(jì)算出塑料托盤跌落到地面時(shí)的瞬時(shí)速度為6m/s，載荷步數(shù)設(shè)為20，托盤與地面接觸采用無摩擦，采用默認(rèn)網(wǎng)格大小，最后統(tǒng)計(jì)單元數(shù)為114256，合格率為85%，滿足分析要求。
求解結(jié)束后，對塑料局部進(jìn)行定位分解，其中包括對應(yīng)力位移和變形位移兩部分的分析。位移分布數(shù)據(jù)所示，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化后，最終數(shù)據(jù)信息以word的形式存儲(chǔ)于終端設(shè)備內(nèi)。從顯示的是應(yīng)力位移的數(shù)據(jù)云圖分布情況來看，位移偏量比托盤的應(yīng)力偏量多0.23mm，位移變形很小。從應(yīng)力分析云圖上可以看出，托盤的上面接觸部位為應(yīng)力破壞點(diǎn)，最大應(yīng)力為26.64MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于HDPE的屈服極限250MPa，所以，在此工作載荷下，塑料托盤是安全的。對其跌落分析，通過該云圖可清楚的看到，最大位移為13.739mm，最大應(yīng)力為82MPa，并顯示了最大值的位置，說明在該處容易出現(xiàn)裂紋和變形，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)引起注意。
采用ANSYS Workbench對塑料托盤模型進(jìn)行了有限元分析，其數(shù)據(jù)顯示結(jié)果可表明在塑料托盤在承受一定壓力后，局部的壓力值比HDPE的應(yīng)力值小，該最小應(yīng)力值在屈服應(yīng)力范圍內(nèi)。則可說明托盤是安全的。但對其跌落分析中發(fā)現(xiàn)，局部會(huì)存在較大變形，此處容易產(chǎn)生裂紋，這與實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合，說明該塑料托盤結(jié)構(gòu)存在改進(jìn)之處。通過以上分析，采用ANSYS有限元分析，可大大減少產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)時(shí)間和費(fèi)用，對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與更新改進(jìn)起指導(dǎo)作用。
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