包装件在流通过程中的振动可靠性分析和参数优化研究

The failure of package caused by random vibration during distribution is one of the main sources of the package failure. To reduce the package failure probability, the vibration reliability of nonlinear package excited by stationary non-Gaussian random vibration and non-stationary random vibration is studied, the package structral parameters are optimized and parameters matching law is deduced. A method is proposed to analyze dynamic properties of cushion material under random vibration condition, nonlinear stiffness and damping properties are modeled. The stationary non-Gaussian and non-stationary random vibration is simulated and discretized. The package and multi-layer stacking package vibration reliability can be analyzed by use of structural reliability methods. The design point of package is determined by model correction factor method, a reasonable sampling method is presented to determine discrete points on the limit-state surface, the points are fitted to construct a surrogate surface for real limit-state surface. The reliability index and damage probability of package can be obtained by theoretical analysis. The correlative relationship between package parameters as well as vibration parameters and damage probability is investigated to find main sources of package damage and to ascertain optimal package paramerters. This research can provide theoretical basis for package design optimization and package vibration reliability improvement.

包装件在流通过程中随机振动作用下的损坏是包装件损坏的一个重要根源，为减少包装件损坏，本项目研究非线性包装件在非高斯和非平稳随机振动作用下的振动可靠性及包装结构参数优化问题。研究在随机振动条件下缓冲材料动态特性测试方法，对缓冲材料非线性弹性特性和阻尼特性建模，模拟包装件所经历的平稳非高斯随机振动和非平稳随机振动，并进行离散化处理，在此基础上应用结构可靠度方法研究非线性包装件和多层堆码包装件振动可靠性。采用模型校正因子法确定包装件设计点，在合理的采样区域内，通过合理的采样方法确定极限状态曲面上的离散点，通过曲面拟合得到重构的极限状态曲面，在高维正态随机变量空间中分析包装件可靠性指数和损坏概率。应用数字模拟的方法研究包装件参数和激励参数变化对损坏概率的影响，找出包装件损坏主要根源，研究包装件各参数合理取值范围和匹配规律。本项目研究可为提高包装件振动可靠性奠定理论基础，为优化包装结构提供设计依据。

包装件在流通过程中，长时间受到随机振动的激励。研究包装件在随机振动下的可靠性，找出影响包装件可靠性的因素并进行量化，对于提高包装件安全性具有重要理论指导意义和现实意义，本项目研究内容主要包括三个方面。1.建立了包装件振动可靠性分析方法。采用结构可靠性方法，将包装件振动可靠性分析问题转换为标准正态随机变量空间的几何分析问题。在标准正态随机变量空间表征随机振动载荷，构建包装件可靠性分析的设计点确定方法，建立极限状态曲面重构方法，采用一阶可靠性方法分析包装件可靠性。2.分析包装件在非高斯随机振动载荷下的时变可靠性和瞬态可靠性。基于非高斯随机振动时域统计参数和自相关函数（或PSD）约束，建立非高斯随机振动数值模拟方法，对于时变可靠性，通过在高维标准正态随机变量空间合理采样，构建拟蒙特卡洛分析法对其进行研究；对于瞬态可靠性，构建分析法研究包装件响应的时域和频域特征参数，采用鞍点估计分析包装件响应的概率密度函数和累积分布函数，并确定包装件振动可靠性。3.包装件振动可靠性的参数灵敏度分析。对包装件模型中的不确定参数进行量化，采用多项式混沌表达这些参数，构建包装件响应不确定度传递方法，构建可靠性指标的多项式混沌表达，量化研究包装件模型中单个参数变化和多个参数同时变化对可靠性指标变化的影响。通过本项目研究，全面掌握了我国公路、铁路运输中各工况下的振动、冲击数据，构建了包装件振动可靠性分析方法，构建了在可靠性分析框架下非线性包装件等效线性化方法，实现了非高斯随机振动载荷下包装件振动可靠性分析，对影响包装件振动可靠性的包装件随机参数进行了量化分析，找出了影响可靠性指标变化的主要因素。该研究为分析和提高包装件振动可靠性提供了理论基础，为构建随机振动载荷下包装设计方法提供了可靠性分析方法，为提高包装件整体质量提供了理论依据。