电视机结构设计和缓冲包装设计关系探讨

摘 要：通过举例说明，在产品脆值的定义和讨论基础上，对如何提高电视机产品的脆值，产品结构与包装设计之间的关系进行了分析。对产品结构和包装设计在缓冲包装中得到的启示进行了探讨，同时对产品结构和包装设计中有限元数值模拟的应用前景进行了展望。

关键词：电视机结构设计；机械冲击脆值；缓冲包装设计

家电产品结构和包装设计虽然是一个多目标、多约束要求的任务，但同时也作为一个整体任务而存在。在实际产品设计中，除了要满足产品自身功能外，也要考虑到后续的包装设计，我们在这里提到的包装设计主要指缓冲包装设计，缓冲包装设计能直接影响到产品的质量和成本控制，只有把产品设计和包装设计集合在一起，整体效果才能清晰的显现出来。

1 脆值的概念与发展

涉及到产品与包装设计的其中一个重要概念，即脆值。脆值泛指产品的耐冲击能力，即产品不产生功能损伤或功能失效所能承受的冲击极限。只有全面了解了脆值定义，在实际设计中对脆值在方向性上具备的差异合理应对，才能设计出合格的产品和包装设计。

在家电行业中，产品不发生物理损伤或功能失效所能承受的重力加速度和最大加速度的比值，即称为G值，用G来表示，目前在家电行业中广泛使用。但是，产品的耐冲击能力不是单一受到峰值加速度影响，冲击波形、持续时间等元素也会对产品的耐冲击力变化产生影响。随着包装设计系统的发展，破损边界的概念更多的应用到了包装设计中，从多种元素量变化突破了设计人员对旧有包装设计的认识，意识到保证产品安全上采用的矩形脉冲估算方法相对传统，无法全面解决各个因素对产品产生的冲击，若想解决上述问题，必须找到预测产品破损的方法，才能有效降低产品损失[1]。

2 脆值的确定及提高产品脆值的方法

经验估算法、试验测定法都可作为脆值的确定方法，其中试验测定法是属于比较精确的方法，但相对其精确度对来说，试验成本也很高，因为这种方法必须具备侧录仪器和试验设备才可以。但是由于脆值试验所具备的破坏特性，对于单价很高，并且更新换代很快的电视机产品来说并不合适。

通过相关数据的研究显示，在结构失效问题上，局部裂纹、表面摩擦损伤等外壳问题占据了主要影响因素，还有由结构失效引起的液晶屏和显像管破损、移位等，因此，在设计产品和包装时要仔细分析液晶屏、外壳和包装三者之间的受力关系，在提高产品脆值的同时，寻求到产品设计和包装设计之间成本的平衡[2]。

3 缓冲包装的力学模型及对包装设计的启示

变形过程中产生的能量损耗是泡沫塑料缓冲机理，一般包括（1）由基体变形产生的能量损耗；（2）基体单元间摩擦产生的能量损耗；（3）开孔泡沫塑料中流体的粘性流动产生的能量损耗；（4）闭孔结构中气体的不可逆压缩产生的能量损耗。因此，在设计缓冲包装时，要想缓冲效果越好，所选取的缓冲材料单位体积吸收能量就要越大。我们可以用C代表缓冲系数，Q代表作用于缓冲材料上的应力，E代表单位体积缓冲材料所吸收的能量，用公式来表示，即：C=Q/E，从这个公式我们可以看出，当缓冲材料单位体积吸收的能量越多，则缓冲系数越小。

在电视机设计中，难以界定易损件。但在理论上我们可以得出这样的结论，产品主体设计和包装设计之间存在着密不可分的内在联系，对于能够有效减低冲击响应幅值的阻尼问题，我们要从理论上和实践上都提高认识，从而降低易损件对外界的冲击影响。

4 缓冲包装设计的传统方法及有限元数值模拟的应用

发泡聚苯乙烯（EPS）作为目前家电行业中使用最广泛的缓冲材料，对其静态和动态特性研究已经非常成熟。缓冲包装设计的基本方法是缓冲系数-最大应力曲线（C-m）法与最大加速度-静应力曲线（G-s）法。阐述了产品设计与缓冲包装之间的关系，对于包装设计具有指导意义。

目前，作为辅助产品和包装设计的一个重要工具，越来越广泛的应用有限元仿真软件，对产品进行仿真跌落分析，从而达到优化产品设计和包装设计的目的。

在产品和包装设计完成后，运用数值模拟的方法提前对产品的包装和产品的设计进行了解，有效优化产品和包装设计。有限元仿真软件对于跌落时产品和包装的各个位置的应力和变形，及指定位置的加速度曲线，这些我们评价设计的关键指标都能计算出来。

当然，实际的试验结果和模拟结果无论使用哪种有限元软件都会有些出入，其原因是很多方面的：比如有限元模型中理论材料参数和产品外壳和包装的真实材料参数之间存在的差异，选取的电视机不同计算部位，结构件之间的联结和接触的处理方法，以及阻尼值的考虑等多种因素。在实验中，因为试验设备和人为操作的元素，有限元仿真模拟的处理是按照理想跌落方向进行的，而试验中对缓冲包装件跌落方向却不能与模拟完全保证一致，这就导致了试验结果出现了一定的误差。同时，影响试验结果差异的因素还包括试验环境、跌落情况等。因此，模拟数值结果在实际设计中，只能作为参考来使用，不能成为根本设计标准。

近年来，国内外在数值模拟方面提出了机电产品稳健设计优化概念的最新成果，对设计人员具有积极启示意义。一套适合自己公司的产品设计系统的建立，需要结构设计人员将设计经验和数值模拟有效统一结合，通过不断的设计、模拟与试验产生的产品结晶[3]。

5 结束语

结构设计和包装设计在实际的电视机产品设计过程中，其关系非常密切。产品的脆值是产品结构设计中一个非常重要的因素，因此，在产品设计中要重点关注，从而打好缓冲包装设计的基础。同时，为了产品在运输安全和包装设计的经济性上得到保证，对缓冲材料的特性能够更充分的利用，就要了解缓冲材料的基本特性和缓冲包装的力学模型。同时有效利用有限元数值模拟软件，争取达到缩短设计周期、降低成本、优化设计的目的。

参考文献

[1]申刚.电视机产品设计和缓冲包装设计关系探讨[J].广西轻工业，2011，5（03）15-26.

[2]张聚杰.包装衬垫疲劳强度与疲劳缓冲性能的研究[D].江南大学，2010，6（02）35-56.

[3]梅林王.缓冲包装结构设计浅析[J].中国包装，2011，6（05）56-63.