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缓冲包装动力学中的基本问题上海大学金国斌一. 流通环境动力学因素二. 包装动力学基本理论三．脆值理论及破损边界曲线四. 缓冲材料五. 缓冲包装设计六. 防振包装设计一. 流通环境动力学因素流通过程：以生产工厂为起点，以到达消费者手中为终点的整个过程。
流通环境条件：包装件在流通过程中所经历的一切外部因素。
包装动力学：主要研究在运输、装载过程中，商品在动态载荷（振动与冲击）和静态载荷（堆码压力）作用下，产生破坏的机理，并为实现有效包装防护的专门知识。
１. 流通中的振动与冲击（1）机械振动振动是包装件在流通过程中受到的主要危害之一。
包装件在流通中遭受的振动情况十分复杂，它随运输工具（车、船、飞机）、运输环境（路面、波浪、气流）、包装件本身结构状态（材质、固有频率）以及装载情况的变化而变化，这些因素大多是随机的。
包装件的振动属于复合随机振动。
①汽车运输中的振动在汽车运输过程中产生的振动加速度大小与路面状况、行驶速度、车型、载重量等因素有关，其中最主要的因素是路面状况。
路面越差，振动加速度越大；不同路面引起汽车振动，通过车厢底板传递给内装产品的振动被扩大。
汽车运输时，包装件的共振频率一般小于25Hz ，它与路面起伏引起的激励频率关系较大。
见表1。
汽车运输的振动特性还可用频率谱线来描述。
此频谱图反映了运输过程的频率分布及与其相关的加速度变化。
由随机振动理论知，振动环境条件可以用功率谱密度函数（PSD ）来表征。
图1所示为一种典型的功率谱密度曲线。
Hz g /2功率谱密度的物理意义在于可以看出不同频率范围上振动能量的分布情况，这里振动能量是用加速度值的均方值来表现的。
由于功率谱密度函数同时包括随机过程的频率成分和振动幅值成分的信息，在评价汽车在行驶中对包装件作用时具有极重要的实际意义。
图2所示的频谱图描绘了两种车型在不同载荷下以时速88.5千米行驶在某高速公路上时的振动情况。
② 火车运输中的振动火车振动有一个明显的周期性强迫振动。
§§６缓冲包装设计§6－1概述冲击和振动是包装件在流通过程中受到的两种主要负荷，为了减缓内装产品受到外界的冲击和振动，保护产品免受损坏而采取一定防护措施的包装，称为缓冲包装。
缓冲包装的结构形式有多种多样，最常见的是采用弹性材料作缓冲衬垫。
缓冲衬垫的结构形式，因内装产品的质量、形状和尺寸不同而不同，按承载面积通常分为全面缓冲和局部缓冲。
全面缓冲多使用泡沫塑料条、纸板碎粒，薄片或采用现场发泡材料，局部缓冲多采用角垫，侧垫等形式。
缓冲包装设计包括冲击防护设计和振动防护设计。
冲击防护的主要目的是缓和冲击。
以缓冲材料作为内装物和包装箱中间的介质，来吸收冲击能量，延长内装产品承受冲击脉冲作用的时间。
设计时，先根据先决条件，计算缓冲材料的尺寸、形状，选择缓冲材料的种类和缓冲方式。
振动防护的主要目的是调节包装件的固有频率。
选择恰当的阻尼材料，把包装系统对振动的传递率控制在预定的范围内，特别是要避免共振现象。
§6－2缓冲衬垫设计的基本方法一、衬垫结构尺寸设计设计缓冲衬垫的基本要求是在保护产品免遭破损的前提下，选择适当的材料，确定合理的结构形状和尺寸。
设计的基本参数，除产品的重量和尺寸外，还有代表流通环境的跌落高度H，代表产品强度的脆值G，代表材料性能的缓冲特性参数C。
正确应用缓冲材料的特性曲线对包装结构作系统的定量分析，是缓冲结构设计的基本方法。
1. 应用缓冲系统――最大应力（c～σm）曲线设计衬垫尺寸c～σm曲线是表示材料缓冲能力的一种基本曲线，通过静态压缩试验求得。
如图5-12所示为几种常用缓冲衬垫最大缓冲系数――最大应力曲线的实际测试结果。
由图可知：缓冲系数C随最大应力变化的规律是凹谷状，开口向上，谷底最低点的坐标是最小缓冲系数和所对应的最应力。
① 不同品质的材料，具有不同的缓冲能力； ② 同样品种的材料，密度不同，缓冲特性也不同。
例6-1：重为10kg 的产品，脆值为80g ，要保证从60 cm 的高处跌落而不破损，若用密度为0.031g/cm 3的聚氯乙烯塑料泡沫，（见P99图5-12图线10作衬垫，试计算衬垫所需尺寸。
基于MapleSim的缓冲包装材料仿真方法的构建商品从厂家制造出来，要在商家，经销商，消费者之间进行多次的运输与存储，而在这个过程之中，商品势必会受到外界的影响，从而损坏商品的质量或者破坏商品。
近年来，因物流运输包装不当造成的经济损失是相当惊人的。
据统计，近5年因包装在物流过程中的破损，每年给我国造成的直接经济损失高达100亿元以上，所以，为了防止这一现象的发生，需对商品进行缓冲包装设计，从而达到降低外界因素对于商品的损伤，达到保护商品的目的。
包装动力学是分析研究流通过程中机械冲击与振动在商品上产生的响应和采取相应包装措施的学科，研究对象是缓冲包装，分析内装产品在振动与冲击环境激励下破损的原因，并在经济的前提下提出防止内装产品破损的条件，为缓冲包装设计提供理论依据。
1 缓冲包装材料测试现状与不足研究证明在包装件运输过程中，产品损坏的主要原因是在运输流通中的冲击或振动。
运输包装作为物流环节保护产品的主要技术手段，其重要性不言而喻。
好的物流运输包装必须具有良好的缓冲性能和防振性能。
目前常见的物流运输包装缓冲性能的实验室测试试验包括：基于自由落下试验机的自由落下试验以及基于冲击跌落试验机的冲击跌落试验。
这两种测试试验的方法虽不尽相同，但测试原理是一致的，即：让测试的物流运输包装件从要求的高度落下，检测撞击发生的瞬间最大加速度（即外力）传递到产品上之后是否在该产品的承受范围之内，但不论上述何种方法均存在不足，描述如下：测试试验是一项费时费力（人力和物力）的工作。
通常，需要反复试验而不是一次试验才能得到预期的测试结果。
若测试试验未达标，除极少情况下可通过重新设计产品以提高其自身强度来满足设计要求外，更多情况下需要对物流运输包装本身进行重新设计。
此时，设计人员不得不从头开始进行缓冲材料评估与选择，重新进行尺寸或结构设计，最后再次重复测试试验。
这种重复劳动无疑大大降低了生产效率，增加了设计成本。
在实际生产中，设计人员并没用这么充裕的返工时间，因为面临激烈的市场竞争，越来越多的企业不得不选择缩短设计周期。
