李寒东

苹果在储运过程中容易发生跌落和碰撞，从而可能造成质量下降，特别是在苹果成熟旺季，在长途运输中，苹果包装件的跌落和相互碰撞现象往往无法避免，这就要求苹果包装具备足够的抗冲击能力，以在运输过程中最大限度地避免苹果发生损坏。本文中，笔者利用ANSYS Workbench平台，首先建立普通的苹果运输包装模型，仿真苹果包装件自然状态下垂直跌落，得到苹果包装件跌落时所受到的应力以及应变情况，并分析评估苹果的受损情况；然后，针对苹果包装件的形变数据，对其进行优化设计；之后，再次对优化设计的苹果包装件进行跌落仿真实验，将得到的跌落应力以及应变数据与常见包装件进行对比；最后，通过优化模块，对改进的苹果包装件厚度进行优化处理分析，分析苹果跌落时受到最大应力和最大应变时最小的包装厚度方案，从而得到最优设计的苹果包装件方案。

显示动力分析理论

苹果包装件跌落是在一个极短的时间内，在动态碰撞冲击载荷下发生一系列复杂的非线性动态响应过程，在整个跌落过程中同时存在几何非线性、材料非线性以及接触非线性过程。对于苹果包装件的整体跌落过程进行模拟，一般采用显示积分算法。碰撞方程式如下：

[M]{a}+[C]{v}+[K]{s}={Fex}

其中，[M]表示总体质量矩阵，[C]表示总体阻尼矩阵，[K]表示总体刚度矩阵；{a}表示加速度向量，{v}表示速度向量，{s}表示位移向量，{Fex}表示碰撞的外力向量。其中总体质量矩阵[M]由密度来决定，总体刚度矩阵[K]由结构的材料属性和单元的几何性质决定，通过定义材料的弹性模量、泊松比和密度特性得到总体刚度矩阵和总体质量矩阵。……