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開口塑料桶高溫堆碼強度有限元分析及安全評價

文檔作者：鄭海友計宏偉馮智劫文檔來源： 1．天津商業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院 2天津出入境檢驗檢疫局，		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月21日
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3一4． 第201442年卷3，第月 3期 工程塑料應(yīng)用
ENGINEERING PLASTICS APPLICATIoN
Vo1．42，NO．3
Mar．2014
doi：lO．3969／j．issn．1001—3539．2014．03．009
開口塑料桶高溫堆碼強度有限元分析及安全評價舟
鄭海友 ，計宏偉 ，馮智劫
(1．天津商業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院，天津300134； 2天津出入境檢驗檢疫局，天津300201)
摘要：為評價開口塑料桶盛裝液體危險品的安全性，利用Solidworks Simulation有限元分析軟件對兩種典型開口
塑料桶進行了高溫堆碼強度模擬分析，計算了塑料桶在高溫堆碼條件下的應(yīng)力場和位移場，得到了堆碼載荷作用下
應(yīng)力狀態(tài)和變形分布。模擬分析結(jié)果表明，提梁開口塑料桶堆高為2．625 m時，其承受的最大Mises應(yīng)力超過了材
料的屈服極限，因而其堆碼高度不能達到3 m的要求；無提梁開口塑料桶堆碼高度可以達到3 m，其桶蓋與桶底設(shè)
計更合理。
關(guān)鍵詞：危險品；開口塑料桶；高溫堆碼；有限元分析
中圖分類號：TB485．3 文獻標識碼：A 文章編號：1001。3539(2014)03．0034．05
Finite Element Analysis and Safety Evaluation of High Temperature
Stacking Strength for Opening Plastic Buckets
Zheng Haiyou ，Ji Hongwei ，F(xiàn)eng Zhijie
(1．Tianjin University ofCommerce，School ofMechanical Engineering，Tianjin 300134，China；
2．Tianjin Entry—Exit Inspection and Quarantine Bureau，Tianjin 30020 1，China)
Abstract：In order to evaluate the safety of opening plastic buckets containing dangerous liquid goods，the high temperature
stacking strength for two kinds of typical opening plastic buckets，one with handle and another without handle，were ca~ied out
using Solidworks Simulation finite element analysis software．The stress fields and displacement field were calculated under high
temperature stacking load．The stress state and the deformation distribution were obtained．Numerical simulation results indicate
that the maximum of Mises stress of the plastic bucket with handle exceeds the material’S yield strength when the stacking height
is 2．625 m．Thus，the stacking height of plastic bucket with handle cannot meet the requirement of 3 m．In addition，the stacking
height of opening plastic bucket without handle can reach 3 m ，which show that the design of its cover and bottom are reasonable．
Keywords：dangerous goods；opening plastic bucket；high temperature stacking；finite element analysis
塑料桶廣泛應(yīng)用于各種危險品的儲存和運輸，
它具有抗沖擊、耐壓、防潮、不生銹、質(zhì)輕、抗腐蝕等
優(yōu)異性能，是一種比較理想的危險品包裝容器，在
出口危險貨物包裝中越來越受到用戶的青睞 】。以
化學(xué)品為代表的危險品種類Et益增多，新產(chǎn)品不斷
涌現(xiàn)，對其進行有效地包裝保證其儲運安全成為新
的研究內(nèi)容[1 5]0目前開口塑料桶罐類產(chǎn)品主要用
于盛裝周體，由于其使用方便，在國內(nèi)外多種3類、
8類和9類液體危險品也開始采用開口塑料桶作為
包裝容器。值得注意的是，目前尚無關(guān)于盛裝液體
危險品的開口塑料桶安全評價檢測方法和判定標
準，一旦灑漏會對人身和環(huán)境產(chǎn)生不同程度的危害
和影響，存在安全隱患。因此對開口塑料桶在儲運
過程中的力學(xué)行為進行研究及安全評價具有重要的
意義。在危險品儲運過程中，堆碼及跌落是塑料桶
發(fā)生機械損傷的主要因素，通常通過堆碼試驗和跌
落試驗對塑料桶的強度進行安全評價【6]。然而，采
用試驗方法評價危險品包裝的強度也存在著一定的
局限性：第一，一般以水等非危險液體替代危險液
體作為包裝容器的內(nèi)裝物進行試驗，難以模擬塑料
包裝容器所承受的真實工況；第二，試驗需要的成
本較高；第三，很難得到整個包裝容器的全場變形
和應(yīng)力分布。隨著有限元技術(shù)的發(fā)展，ABAQUS，
ANSYS，NASTRAN，Solidworks Simulation等大型
通用有限元分析軟件已廣泛應(yīng)用于塑料制品的設(shè)計
和成型仿真分析之中[7-15]，取得了良好的實際應(yīng)用
2012年國家質(zhì)檢總局科技計劃項目(2012IK212)，國家自然科
學(xué)基金項目(11072176)
聯(lián)系人：計宏偉，教授，主要從事復(fù)合材料力學(xué)測試研究
收稿日期：2014一O1．07

鄭海友，等：開口塑料桶高溫堆碼強度有限元分析及安全評價 37
性變形狀態(tài)，塑料桶很容易泄漏；此時桶蓋中心的
位移增加到42．80 mm。
對于容量2O L的無提梁開口塑料桶來說，從
圖6、圖7及表4可以看出，堆碼載荷作用下最大
Mises應(yīng)力作用在桶蓋與桶口接觸位置，最大位移
也發(fā)生在桶蓋的中心。從應(yīng)力云圖上看出，無提梁
開口桶的側(cè)壁上承擔(dān)了許多堆碼載荷，可見該結(jié)構(gòu)
形式能夠充分發(fā)揮桶體和桶蓋各部分的承載能力。
從模擬結(jié)果來看，當堆碼高度達到3．616 m時，桶的
最大Mises應(yīng)力為1．96 MPa，遠小于材料屈服極限，
結(jié)構(gòu)處于彈性變形狀態(tài)，桶能夠正常使用；此時桶
蓋中心的位移也只有1．98 mm。
4 結(jié)論
對兩種開口塑料桶力學(xué)性能參數(shù)進行了實驗
測定，并根據(jù)出口危險貨物包裝檢驗規(guī)程的堆碼測
試標準，設(shè)計了相應(yīng)的堆碼條件。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用
Solidworks Simulation有限元軟件對兩種塑料桶在
高溫堆碼條件下的應(yīng)力場和應(yīng)變場進行了分析。得
到如下結(jié)論：
(1)兩種開口塑料桶高溫堆碼時，最大Mises應(yīng)
力均出現(xiàn)在桶蓋與桶口接觸位置，最大位移均出現(xiàn)
在桶蓋中心位置。
(2)在容量20 L提梁開口塑料桶上堆碼6層時
(堆高2．625 m)，其承受的最大Mises應(yīng)力超過了
屈服極限，因此其堆碼高度不能達到3 m的要求。
這主要是由于桶蓋和桶底在堆碼時接觸面積小，以
及桶體形狀設(shè)計不合理所致。
(3)容量20 L無提梁開口塑料桶堆碼高度可以
達到3 m，其桶蓋、桶底和桶體設(shè)計較為合理。
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