基于虛擬振動(dòng)臺(tái)的水果類(lèi)運(yùn)輸包裝件動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)一種基于虛擬振動(dòng)臺(tái)的水果類(lèi)運(yùn)輸包裝件動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析方法，使用adams/car構(gòu)建廂式貨車(chē)、道路以及水果包裝件振動(dòng)臺(tái)，來(lái)分析水果包裝件在運(yùn)輸過(guò)程中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)較為快捷和準(zhǔn)確地模擬了水果包裝件在運(yùn)輸過(guò)程中的振動(dòng)情況，并得到水果包裝件的振動(dòng)輸出時(shí)域響應(yīng)(位移、速度、加速度)、振動(dòng)傳遞率、頻率響應(yīng)加速度等指標(biāo)，可分析出各層包裝件的振動(dòng)大小和固有頻率，為企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)選擇包裝材料，具有高效、精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)等優(yōu)點(diǎn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
基于虛擬振動(dòng)臺(tái)的水果類(lèi)運(yùn)輸包裝件動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析方法
本專(zhuān)利技術(shù)涉及包裝動(dòng)力學(xué)，具體涉及一種虛擬振動(dòng)臺(tái)的水果類(lèi)運(yùn)輸包裝件動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析方法。
技術(shù)介紹
近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)和農(nóng)業(yè)工程技術(shù)的不斷發(fā)展，水果物流運(yùn)輸業(yè)在我國(guó)的發(fā)展顯著加快，但是由于國(guó)內(nèi)物流運(yùn)輸手段的不完善，導(dǎo)致水果在流通過(guò)程中破損嚴(yán)重。雖然實(shí)際的運(yùn)輸環(huán)境極其復(fù)雜，但是國(guó)內(nèi)外一致認(rèn)為振動(dòng)和沖擊是引起水果包裝件破損的主要原因，因此，想要解決水果包裝件的運(yùn)輸質(zhì)量問(wèn)題，就必須分析出水果在運(yùn)輸過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)狀態(tài)。基于以上現(xiàn)狀，研究水果類(lèi)運(yùn)輸包裝件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)問(wèn)題已日漸受到出人們的重視和關(guān)注。目前，關(guān)于此類(lèi)問(wèn)題的研究，國(guó)內(nèi)外主要采用以下三種方法：(1)試驗(yàn)法。該方法借助真實(shí)的包裝振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)或者沖擊試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)水果類(lèi)包裝件開(kāi)展相應(yīng)的力學(xué)試驗(yàn)(掃頻、定頻、隨機(jī)振動(dòng)等)，通過(guò)分析試驗(yàn)結(jié)果來(lái)研究包裝件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。這種方法雖然較為精確，但是由于一般的振動(dòng)臺(tái)所攜帶的激勵(lì)有限且大多為規(guī)則外力，這必將導(dǎo)致最后的結(jié)果與實(shí)際情況產(chǎn)生偏差。(2)系統(tǒng)仿真法。本方法主要是利用matlab建立水果包裝系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，通過(guò)仿真試驗(yàn)得到運(yùn)輸包裝件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)值。但由于matlab本身依賴(lài)于系統(tǒng)精確的數(shù)學(xué)模型，所以此方法對(duì)研究者的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高，且有時(shí)計(jì)算起來(lái)較為復(fù)雜，一定程度上影響了研究效率。(3)包裝動(dòng)力學(xué)法。通過(guò)分析運(yùn)輸包裝件的動(dòng)力學(xué)狀態(tài)，建立水果包裝件的動(dòng)力學(xué)方程，借助一定的數(shù)學(xué)計(jì)算方法，獲得包裝系統(tǒng)響應(yīng)的解析解或者數(shù)值解，從而得出水果包裝件的動(dòng)力學(xué)規(guī)律。該方法由于純粹是從數(shù)學(xué)理論的角度對(duì)運(yùn)輸包裝件進(jìn)行研究，建模和計(jì)算過(guò)程均較為復(fù)雜，所以對(duì)研究者的水平提出了很高要求，考慮到科研水平不足的一般性企業(yè)，此方法明顯適用性不強(qiáng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
專(zhuān)利技術(shù)目的：本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于虛擬振動(dòng)臺(tái)的水果類(lèi)運(yùn)輸包裝件動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析方法。技術(shù)方案：本專(zhuān)利技術(shù)的一種基于虛擬振動(dòng)臺(tái)的水果類(lèi)運(yùn)輸包裝件動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析方法，包括以下步驟：(1)調(diào)用adams/car軟件中內(nèi)置的廂式貨車(chē)模型，再根據(jù)運(yùn)輸車(chē)輛的結(jié)構(gòu)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)特性修改模型中車(chē)輛參數(shù)并調(diào)試模型，其中，車(chē)輛結(jié)構(gòu)參數(shù)包括整車(chē)質(zhì)量、部件質(zhì)量和車(chē)身長(zhǎng)度，動(dòng)力學(xué)特性包括汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、懸架等各部件的動(dòng)力性能參數(shù)，且車(chē)廂的質(zhì)量還包括車(chē)廂所承載的水果包裝件質(zhì)量，而此處的車(chē)輛是指廂式貨車(chē)；(2)獲取實(shí)際道路參數(shù)通并使用adams/car中的RoadBuilder建立二維或三維道路模型，作為整個(gè)運(yùn)輸包裝系統(tǒng)的虛擬振動(dòng)輸入平臺(tái)，其中所述實(shí)際道路參數(shù)包括直線和緩和曲線的長(zhǎng)度、圓曲線半徑、縱坡、坡度、路面摩擦系數(shù)等；(3)獲取水果包裝件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，所述結(jié)構(gòu)參數(shù)包括整個(gè)包裝件的質(zhì)量、形狀和體積，外包裝材料的剛度和阻尼，包裝件內(nèi)部緩沖襯墊的剛度和阻尼、包裝件的堆碼模式；(4)基于上述步驟所得的運(yùn)輸車(chē)輛信息、實(shí)際道路參數(shù)和包裝件參數(shù)，使用adams/view構(gòu)建水果運(yùn)輸包裝件的虛擬試驗(yàn)臺(tái)，該虛擬試驗(yàn)臺(tái)是指為水果堆碼包裝件施加振動(dòng)激勵(lì)的平臺(tái)；(5)確定車(chē)輛、道路和水果包裝件之間的耦合關(guān)系以及運(yùn)輸包裝系統(tǒng)的輸入和輸出，進(jìn)而建立運(yùn)輸包裝系統(tǒng)的虛擬振動(dòng)臺(tái)，該虛擬振動(dòng)臺(tái)是指由車(chē)、路、包裝件共同組成的可視化虛擬試驗(yàn)仿真平臺(tái)；(6)根據(jù)步驟(5)中所述虛擬振動(dòng)臺(tái)，獲取水果運(yùn)輸包裝件的動(dòng)力學(xué)指標(biāo)，包括位移、速度和加速度，分析水果運(yùn)輸包裝件在運(yùn)輸過(guò)程中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。其中，步驟(3)中的外包裝材料有瓦楞紙箱、蜂窩紙板封，而內(nèi)部的緩沖襯墊包括紙盒、泡沫等。進(jìn)一步的，所述步驟(3)中的堆碼模式是指堆碼層數(shù)和堆碼方式，其中堆碼層數(shù)包括單層、雙層和多層，堆碼方式包括重疊式和交錯(cuò)式。進(jìn)一步的，所述步驟(4)的具體步驟如下：(4.1)通過(guò)步驟(3)所獲取的包裝件結(jié)構(gòu)參數(shù)，使用adams/view建立具有一定形狀、體積和質(zhì)量的包裝件模型，并按堆碼模式將包裝件排列整齊，其中包裝件的質(zhì)心位置須位于同一條直線上，即X和Z方向上的坐標(biāo)必須相同；(4.2)在最底層包裝件下方建立一個(gè)具有一定質(zhì)量的長(zhǎng)方體物塊，即水果包裝件的虛擬試驗(yàn)臺(tái)；(4.3)為每?jī)蓚€(gè)相鄰的運(yùn)輸包裝件之間、最底層包裝件與振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)之間分別添加彈簧連接件，并賦予相應(yīng)的等效剛度和等效阻尼；(4.4)根據(jù)包裝件的運(yùn)動(dòng)特征，確定包裝件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系、包裝件與振動(dòng)臺(tái)之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系以及振動(dòng)臺(tái)與地面的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，并為其施加運(yùn)動(dòng)副，前兩者為移動(dòng)副，后者為固定副；(4.5)利用adams/view在每個(gè)運(yùn)輸包裝件的相關(guān)位置均添加虛擬傳感器，以測(cè)量速度、加速度和位移等動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)；(4.6)使用adams/view對(duì)虛擬試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行檢查和調(diào)試直至確認(rèn)無(wú)誤，其中調(diào)試使用方法的數(shù)學(xué)表達(dá)方法為：mix”i＝ki(xi+1-xi)+ci(xi+1-x’i)-ki-1(xi-xi-1)-ci-1(x’i-x’i-1)-mig(i＝1…N)式中，mi、ki、ci分別表示各層產(chǎn)品的質(zhì)量、材料等效剛度系數(shù)和等效阻尼系數(shù)，m1為頂層，其余以此類(lèi)推，xＮ+1＝u,k0＝c0＝0。進(jìn)一步的，所述步驟(5)中道路、車(chē)輛和包裝件三者之間的輸入和輸出關(guān)系為：道路的不平度激勵(lì)是運(yùn)載體(含貨物)的輸入，運(yùn)載體車(chē)廂底部的振動(dòng)輸出是包裝件的振動(dòng)輸入，包裝件的振動(dòng)響應(yīng)則是整個(gè)車(chē)輛-道路-包裝件耦合系統(tǒng)的最終輸出。進(jìn)一步的，所述步驟(6)包括以下步驟：(6.1)對(duì)由車(chē)輛、道路、包裝件組成的運(yùn)輸包裝系統(tǒng)進(jìn)行仿真試驗(yàn)，得到包裝件底部的振動(dòng)激勵(lì)；(6.2)將(6.1)中獲得的激勵(lì)添加于在adams/view中建立的水果類(lèi)包裝件虛擬試驗(yàn)臺(tái)，由此獲得各層運(yùn)輸包裝件的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)；(6.3)利用adams/postprocessor插件對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行時(shí)域分析和頻域分析，其中頻域分析方法為：式中，f(t)為時(shí)域函數(shù)。有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)本專(zhuān)利技術(shù)綜合考慮了水果類(lèi)運(yùn)輸包裝件在流通過(guò)程中與車(chē)輛、道路間的相互作用等因素，以簡(jiǎn)捷高效的方式對(duì)包裝件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行分析，不僅與水果包裝件的實(shí)際運(yùn)輸狀態(tài)具有較高的一致性，而且適用性更強(qiáng)，因此具有很高的理論價(jià)值和推廣前景；(2)本專(zhuān)利技術(shù)借助adams軟件所創(chuàng)建的虛擬振動(dòng)仿真平臺(tái)，可以全面地考慮運(yùn)載體、道路和包裝件之間的耦合作用，與水果實(shí)際的運(yùn)輸情況具有較高的一致性；(3)本專(zhuān)利技術(shù)采取實(shí)體建模的方案，省去復(fù)雜的數(shù)學(xué)建模和計(jì)算過(guò)程，大幅度提高研究效率，較為快捷；(4)本專(zhuān)利技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)分析過(guò)程的可視化，工作人員可實(shí)時(shí)地觀測(cè)到包裝件在運(yùn)輸過(guò)程中的動(dòng)態(tài)行為。綜上所述，本專(zhuān)利技術(shù)具有高效、精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，能夠?yàn)樯碳摇⒐r(nóng)以及物流公司等提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，以確定運(yùn)輸包裝件的材料、結(jié)構(gòu)等信息，省時(shí)省力，節(jié)省成本。附圖說(shuō)明圖1是本專(zhuān)利技術(shù)的流程圖；圖2是實(shí)施例中廂式貨車(chē)-香梨包裝件實(shí)體模型；圖3是實(shí)施例中香梨運(yùn)輸包裝試驗(yàn)臺(tái)振動(dòng)模型(三層堆碼件)示意圖；圖4是本專(zhuān)利技術(shù)中虛擬振動(dòng)平臺(tái)示意圖；圖5是實(shí)施例中各層香梨包裝件的振動(dòng)時(shí)域曲線；圖6是實(shí)施例中頂層包裝件的頻率響應(yīng)特性曲線；圖7是實(shí)施例中中間層包裝件的頻率響應(yīng)特性曲線；圖8是實(shí)施例中底層包裝件的頻率響應(yīng)特性曲線；圖9是實(shí)施例中香梨堆碼包裝件在虛擬試驗(yàn)過(guò)程中的一些可視化狀態(tài)示意圖；圖10為本專(zhuān)利技術(shù)中道路、車(chē)輛和包裝件之間的輸入輸出關(guān)系示意圖。具體實(shí)施方式本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于虛擬振動(dòng)臺(tái)的水果類(lèi)運(yùn)輸包裝件動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析方法，其特征在于包括以下步驟：(1)調(diào)用adams/car軟件中內(nèi)置的廂式貨車(chē)模型，再根據(jù)運(yùn)輸車(chē)輛的結(jié)構(gòu)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)特性修改模型中車(chē)輛參數(shù)并調(diào)試模型，其中，車(chē)輛結(jié)構(gòu)參數(shù)包括整車(chē)質(zhì)量、部件質(zhì)量和車(chē)身長(zhǎng)度，動(dòng)力學(xué)特性包括汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、懸架的動(dòng)力性能參數(shù)，且車(chē)廂的質(zhì)量還包括車(chē)廂所承載的水果包裝件質(zhì)量；(2)獲取實(shí)際道路參數(shù)通并使用adams/car中的Road?Builder建立二維或三維道路模型，作為整個(gè)運(yùn)輸包裝系統(tǒng)的虛擬振動(dòng)輸入平臺(tái)，其中所述實(shí)際道路參數(shù)包括直線和緩和曲線的長(zhǎng)度、圓曲線半徑、縱坡、坡度、路面摩擦系數(shù)等；(3)獲取水果包裝件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，所述結(jié)構(gòu)參數(shù)包括整個(gè)包裝件的質(zhì)量、形狀和體積，外包裝材料的剛度和阻尼，包裝件內(nèi)部緩沖襯墊的剛度和阻尼、包裝件的堆碼模式；(4)基于上述步驟所得的運(yùn)輸車(chē)輛信息、實(shí)際道路參數(shù)和包裝件參數(shù)，使用adams/view構(gòu)建水果運(yùn)輸包裝件的虛擬試驗(yàn)臺(tái)；(5)確定車(chē)輛、道路和水果包裝件之間的耦合關(guān)系以及運(yùn)輸包裝系統(tǒng)的輸入和輸出，進(jìn)而建立運(yùn)輸包裝系統(tǒng)的虛擬振動(dòng)臺(tái)；(6)根據(jù)步驟(5)中所述虛擬振動(dòng)臺(tái)，獲取水果運(yùn)輸包裝件的動(dòng)力學(xué)指標(biāo)，包括位移、速度和加速度，分析水果運(yùn)輸包裝件在運(yùn)輸過(guò)程中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于虛擬振動(dòng)臺(tái)的水果類(lèi)運(yùn)輸包裝件動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析方法，其特征在于包括以下步驟：(1)調(diào)用adams/car軟件中內(nèi)置的廂式貨車(chē)模型，再根據(jù)運(yùn)輸車(chē)輛的結(jié)構(gòu)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)特性修改模型中車(chē)輛參數(shù)并調(diào)試模型，其中，車(chē)輛結(jié)構(gòu)參數(shù)包括整車(chē)質(zhì)量、部件質(zhì)量和車(chē)身長(zhǎng)度，動(dòng)力學(xué)特性包括汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、懸架的動(dòng)力性能參數(shù)，且車(chē)廂的質(zhì)量還包括車(chē)廂所承載的水果包裝件質(zhì)量；(2)獲取實(shí)際道路參數(shù)通并使用adams/car中的RoadBuilder建立二維或三維道路模型，作為整個(gè)運(yùn)輸包裝系統(tǒng)的虛擬振動(dòng)輸入平臺(tái)，其中所述實(shí)際道路參數(shù)包括直線和緩和曲線的長(zhǎng)度、圓曲線半徑、縱坡、坡度和路面摩擦系數(shù)；(3)獲取水果包裝件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，所述結(jié)構(gòu)參數(shù)包括整個(gè)包裝件的質(zhì)量、形狀和體積，外包裝材料的剛度和阻尼，包裝件內(nèi)部緩沖襯墊的剛度和阻尼、包裝件的堆碼模式；(4)基于上述步驟所得的運(yùn)輸車(chē)輛信息、實(shí)際道路參數(shù)和包裝件參數(shù)，使用adams/view構(gòu)建水果運(yùn)輸包裝件的虛擬試驗(yàn)臺(tái)，具體過(guò)程如下：(4.1)通過(guò)步驟(3)所獲取的包裝件結(jié)構(gòu)參數(shù)，使用adams/view建立具有一定形狀、體積和質(zhì)量的包裝件模型，并按堆碼模式將包裝件排列整齊，其中包裝件的質(zhì)心位置須位于同一條直線上，即X和Z方向上的坐標(biāo)必須相同；(4.2)在最底層包裝件下方建立一個(gè)具有一定質(zhì)量的長(zhǎng)方體物塊，即水果包裝件的虛擬試驗(yàn)臺(tái)；(4.3)為每?jī)蓚€(gè)相鄰的運(yùn)輸包裝件之間、最底層包裝件與振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)之間分別添加彈簧連接件，并賦予相應(yīng)的等效剛度和等效阻尼；(4.4)根據(jù)包裝件的運(yùn)動(dòng)特征，確定包裝件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系、包裝件與振動(dòng)臺(tái)之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系以及振動(dòng)臺(tái)與地面的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，并為其施加運(yùn)動(dòng)副，前兩者為移動(dòng)副，后者為固定副；(4.5)利用adams/view在每個(gè)運(yùn)輸包裝件的相關(guān)位置均添加虛擬傳感器，以測(cè)量動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)；(4.6)使用adams/view對(duì)虛擬試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行檢查和調(diào)試直至確認(rèn)無(wú)誤，其中調(diào)試使用方法的數(shù)學(xué)表達(dá)方法為：mix”i＝ki(xi+1-xi)+ci(xi+1-x’i)-ki-1(xi-xi-1)-ci-1(x’i-x’i-1)-mig(i＝1...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：何杰，杜恒，趙惠丹，李培慶，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：東南大學(xué)，丹陽(yáng)颶風(fēng)物流股份有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇;32