非线性包装系统中关键部件振动可靠度分析
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第 38 卷第 18 期
振动与冲击
OOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK
Vol. 38 No 18 2019
非线性包装系统中关键部件振动可靠度分析
朱大鹏
(兰州交通大学交通运输学院，兰州730070)
摘要：研究非线性包装件中关键部件在真实的具有一定谱特征的随机振动激励下的振动可靠度。考虑到实测
Abstract: The vigration reliability of cmticyi components of a nonlinear packaaing system excited by random vibration with speciVed spectrum charactemstic was studied. The multi-rrder Kanai-Tgimi PSD model was adopted ta paeseniihemuaiomodaapaopeaiyotiheaeaaaandom vobaaioon.Theaeaaaandom vobaaioon wasdoscaeiozed and paesenied on standard normal random space. The package was modeled as a tuo-dexree-of-freedom base excited nonlinear system. The model cocection factor method was used ta fnd the equivvlent linear system for the nonlinear packaaing system. The frsi order reliability method was used ta obtain the fist pgsage failure probability. The eXects of paameters veriations on the c aoiocaacomponen i taoau ae p aobab oaoiy we ae aao e cpao aed. The me ihod and aeJuai paeJenied aaevaauabaetoapackage vobaaioon aeaoaboaoiyanaayJoand packagedeJogn opiomozaioon.
110
振动与冲击
2019年第38卷
击机理、冲击动力学、试验万法、模拟万法等角度对国 内外包装件跌落冲击的现状和发展趋势进行了介绍&
以上的研究对确保包装件的安全提供了理论基 础、设计依据和试验方法。包装件在流通过程中，除了 跌落冲击外,在大部分时间内受到的载荷是随机振动。 在随机振动载荷作用下,包装件中的产品关键部件响 应可能会超出脆值而造成产品损坏，这种现象称为产 品的首次穿越损坏，首次穿越损坏是产品在流通过程 中的一种重要损坏方式。分析包装件在流通过程中首 次穿越失效概率，分析参数变化对失效概率的影响,对 于优化包装设计，提高包装件振动可靠度，提高包装件 在流通过程中的安全性具有重要意义。目前,关于包
王军等+ 1T将包装件建模为二自由度非线性系 统,将跌落冲击等效为半正弦激励,采用数值分析的方 法研究了包装件关键部件的响应，分析各参数对响应
的影响，提出了三维冲击谱的概念。Zhong等⑷考虑了
基金项目：国家自然科学基金(51765028 );兰州市人才创新创业项目
(2015-RC062)
收稿日期：2018 -03 -14修改稿收到日期：2018 -07 -10 第一作者 朱大鹏男，博士，教授,1977年生
Vinration reliability analysis of critical componeets of a nonlinear package system
Z.L /+p/g
(School of Traffic and Transportation, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China)
率。应用数值分析的方法分析包装件中各参数变化对损坏概率的影响。该研究对于计算包装件损坏概率、优化包装件参
数以提高振动可靠度，具有重要的指导意义。
关键词：包装件振动可靠度;多阶Kang-TaJmu模型;模型修正因子法;参数影响分析
中图分类号：TB485.3
文献标志码：A
DOI ： 10. 13465/i. .nki. jvs. 2019.18.015
随机振动PSD曲线的多峰值特征，采用多阶Kang-TaJmu模型模拟随机振动的功率谱密度,将真实随机振动在标准正态
随机变量空间中离散化表达。考虑包装件中的关键部件，将包装件建模为二自由度非线性支座激励系统，应用模型修正
因子法，将非线性包装件等效表示为一个线性化系统，应用一阶可靠度方法分析包装系统中关键部件的首次穿越损坏概
Key words： vibration reliability of package; multi-erder Kanai-Tgimi model; model cocection factor method; paameiePsetecisanaaysos
包装件在流通过程中,在外界各种载荷作用下，产 品或产品中关键部件的加速度响应会超出脆值而发生 损坏。由于在流通中，产品的跌落冲击会在短时间内 造成产品运动状态较大的改变,很容易造成产品的损 坏，因此国内外研究者针对包装件在跌落冲击条件下 中的问题开展了一系列研究&
的破损边界曲线，分析了参数对边界曲线的影响。郝
10 蒙等［ ］将包装件中的关键部件建模为集中质量的悬臂
梁,分析包装件在跌落过程中易损件响应及各参数对
响应的影响。卢富德ຫໍສະໝຸດ ［11-12］将包装件中易损部件建
模为简支梁和杆式结构,应用差分法分析易损件在跌
13 落过程中的响应情况。在综述文献［ ］中，作者从冲
包装件中的干摩擦，对包装件传统等效跌落理论进行
了改进。Zhong等⑸对我国快递行业中包装件流通环
境进行了测试，重点调查了包装件的跌落高度和跌落
姿态。Gibert等⑷构建了泡沫缓冲材料在跌落冲击条
件下的一种新模型,该模型能准确模拟包装件的响应,
应用该模型可准确获得材料的缓冲曲线。Piatkowski 7 等［ ］提出了一种应用泡沫材料的缓冲曲线确定材料在 8 - 产品跌落过程中受到的应力和应变的情况& 文献+ 9］分析了包装件受到跌落冲击时的响应，获得了产品
振动与冲击
OOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK
Vol. 38 No 18 2019
非线性包装系统中关键部件振动可靠度分析
朱大鹏
(兰州交通大学交通运输学院，兰州730070)
摘要：研究非线性包装件中关键部件在真实的具有一定谱特征的随机振动激励下的振动可靠度。考虑到实测
Abstract: The vigration reliability of cmticyi components of a nonlinear packaaing system excited by random vibration with speciVed spectrum charactemstic was studied. The multi-rrder Kanai-Tgimi PSD model was adopted ta paeseniihemuaiomodaapaopeaiyotiheaeaaaandom vobaaioon.Theaeaaaandom vobaaioon wasdoscaeiozed and paesenied on standard normal random space. The package was modeled as a tuo-dexree-of-freedom base excited nonlinear system. The model cocection factor method was used ta fnd the equivvlent linear system for the nonlinear packaaing system. The frsi order reliability method was used ta obtain the fist pgsage failure probability. The eXects of paameters veriations on the c aoiocaacomponen i taoau ae p aobab oaoiy we ae aao e cpao aed. The me ihod and aeJuai paeJenied aaevaauabaetoapackage vobaaioon aeaoaboaoiyanaayJoand packagedeJogn opiomozaioon.
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振动与冲击
2019年第38卷
击机理、冲击动力学、试验万法、模拟万法等角度对国 内外包装件跌落冲击的现状和发展趋势进行了介绍&
以上的研究对确保包装件的安全提供了理论基 础、设计依据和试验方法。包装件在流通过程中，除了 跌落冲击外,在大部分时间内受到的载荷是随机振动。 在随机振动载荷作用下,包装件中的产品关键部件响 应可能会超出脆值而造成产品损坏，这种现象称为产 品的首次穿越损坏，首次穿越损坏是产品在流通过程 中的一种重要损坏方式。分析包装件在流通过程中首 次穿越失效概率，分析参数变化对失效概率的影响,对 于优化包装设计，提高包装件振动可靠度，提高包装件 在流通过程中的安全性具有重要意义。目前,关于包
王军等+ 1T将包装件建模为二自由度非线性系 统,将跌落冲击等效为半正弦激励,采用数值分析的方 法研究了包装件关键部件的响应，分析各参数对响应
的影响，提出了三维冲击谱的概念。Zhong等⑷考虑了
基金项目：国家自然科学基金(51765028 );兰州市人才创新创业项目
(2015-RC062)
收稿日期：2018 -03 -14修改稿收到日期：2018 -07 -10 第一作者 朱大鹏男，博士，教授,1977年生
Vinration reliability analysis of critical componeets of a nonlinear package system
Z.L /+p/g
(School of Traffic and Transportation, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China)
率。应用数值分析的方法分析包装件中各参数变化对损坏概率的影响。该研究对于计算包装件损坏概率、优化包装件参
数以提高振动可靠度，具有重要的指导意义。
关键词：包装件振动可靠度;多阶Kang-TaJmu模型;模型修正因子法;参数影响分析
中图分类号：TB485.3
文献标志码：A
DOI ： 10. 13465/i. .nki. jvs. 2019.18.015
随机振动PSD曲线的多峰值特征，采用多阶Kang-TaJmu模型模拟随机振动的功率谱密度,将真实随机振动在标准正态
随机变量空间中离散化表达。考虑包装件中的关键部件，将包装件建模为二自由度非线性支座激励系统，应用模型修正
因子法，将非线性包装件等效表示为一个线性化系统，应用一阶可靠度方法分析包装系统中关键部件的首次穿越损坏概
Key words： vibration reliability of package; multi-erder Kanai-Tgimi model; model cocection factor method; paameiePsetecisanaaysos
包装件在流通过程中,在外界各种载荷作用下，产 品或产品中关键部件的加速度响应会超出脆值而发生 损坏。由于在流通中，产品的跌落冲击会在短时间内 造成产品运动状态较大的改变,很容易造成产品的损 坏，因此国内外研究者针对包装件在跌落冲击条件下 中的问题开展了一系列研究&
的破损边界曲线，分析了参数对边界曲线的影响。郝
10 蒙等［ ］将包装件中的关键部件建模为集中质量的悬臂
梁,分析包装件在跌落过程中易损件响应及各参数对
响应的影响。卢富德ຫໍສະໝຸດ ［11-12］将包装件中易损部件建
模为简支梁和杆式结构,应用差分法分析易损件在跌
13 落过程中的响应情况。在综述文献［ ］中，作者从冲
包装件中的干摩擦，对包装件传统等效跌落理论进行
了改进。Zhong等⑸对我国快递行业中包装件流通环
境进行了测试，重点调查了包装件的跌落高度和跌落
姿态。Gibert等⑷构建了泡沫缓冲材料在跌落冲击条
件下的一种新模型,该模型能准确模拟包装件的响应,
应用该模型可准确获得材料的缓冲曲线。Piatkowski 7 等［ ］提出了一种应用泡沫材料的缓冲曲线确定材料在 8 - 产品跌落过程中受到的应力和应变的情况& 文献+ 9］分析了包装件受到跌落冲击时的响应，获得了产品