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天津科技大学研究生学位论文

(申请专业学位硕士学位)

EPE本构模型的构建及缓冲过程的数值模拟

CONSTRUCTIONOFCONSTITUTIVEMODELAND

NUMERICALSIMULATIONOFCUSHIONINGPROCESSOF

EPE

专业学位类别/领域：轻工技术与工程

校内指导教师：梁俊教授

企业指导教师：焦庆玲高级工程师

研究生姓名：张武杰

申请学位级别：工程硕士

论文提交日期：2022年6月

分类号：TB485.1学校代码：10057

密级：（不保密）研究生学号

EPE本构模型的构建及缓冲过程的数值模拟

ConstructionofConstitutiveModelandNumericalSimulationof

CushioningProcessofEPE

专业学位类别/领域：轻工技术与工程

校内指导教师：梁俊教授

企业指导教师：焦庆玲高级工程师

研究生姓名：张武杰

申请学位级别：工程硕士

论文提交日期：2022年6月

课题来源：横向项目

学位授予单位：天津科技大学

摘要

随着计算机技术的发展，越来越多的包装设计人员利用有限元仿真技术研究缓冲

包装材料的缓冲性能以及优化缓冲包装设计。缓冲包装材料力学性能参数的准确性对

仿真结果有重要影响，为了保证仿真计算结果的准确性，需要对缓冲包装材料的力学

性能进行研究并构建完善的本构模型以获取准确的材料参数。本文以缓冲包装材料发

EPE

泡聚乙烯（）为研究对象，主要从以下四个方面进行研究：

（1）通过实验研究了EPE在准静态压缩、动态冲击和拉伸负载下的力学特征，

分别探讨了密度、应变率、温度变化对压缩和冲击下的压缩应力应变曲线的影响以及-

密度、应变率变化对拉伸应力-应变曲线的影响。

（2）基于EPE在准静态压缩、动态冲击下的实验数据，在Sherwood-Frost唯象

本构模型框架的基础上，构建了密度与应变耦合的密度项；在Johnson-Cook温度软化

项的基础上构建了耦合温度与应变的温度项；在Nagy模型和热激活Seeger模型的基

础上，构建了应变率与应变耦合的应变率项，结合密度项和温度项建立了完整的EPE

的压缩冲击本构模型。基于构建的本构模型和ABAQUS中的LowDensityFoam模型，

对落锤冲击实验进行了仿真模拟，仿真结果与实验结果的峰值加速度误差均在5g以

内，验证了EPE本构模型和仿真模型的准确性。

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（3）通过有限元仿真模拟得到了不同密度的EPE（15kg/m、21kg/m、28kg/m、

36kg/m3460mm660mm760mm970mm0

）在不同跌落高度（、、、）、不同环境温度（℃、

20℃、40℃、60℃）下的时间-加速度曲线和峰值加速度-静应力曲线，研究了