包装设计居于包装工程的主导地位，包装结构处于包装设计的基础地位。 将包装结构设计置于“人——包装——产品——环境”这一大系统下进行研究，坚持“以人为本”、“与环境友好”的设计原则。

研究内容：

► 结构优化设计

根据设计要求，在全部可行的结构方案中，对包装结构的设计问题建立数学、力学模型，设定“目标函数”(强度最高、重量最轻、造价最小等等)，考虑以变量形式参与结构优化设计的“设计变量”和设计时应遵守的几何、强度、刚度及稳定性等的“约束条件”，利用数学手段和计算机技术计算、分析若干个设计方案，从中选择一个满足设计标准的最佳方案。

► 结构加固方法

对可靠性不足或要求提高可靠度的包装结构及其相关部分采取增强、局部更换或调整其内力等措施，使其具有设计所要求的安全性、耐久性和适用性。

研究点：

• 基于CAD/CAE的共用木托盘优化设计

• 蜂窝纸板托盘设计

• 瓦楞纸箱成型理论与设计

• 外包装箱结构加固理论与方法

• 有限元法在包装结构优化设计中的应用

缓冲包装

缓冲包装的设计受到流通环境条件、缓冲材料性能、缓冲衬垫几何参数、产品脆值等许多具有随机变化特性的因素的影响，难以确切表征产品缓冲包装的适合程度。而可靠性理论与方法能够更客观准确地反映外界激励和结构性能的变化特性对于设计结构的影响。

研究内容：

► 缓冲结构分析与仿真

用包装产品的失效概率或可靠度指标来表征缓冲包装保护产品的能力和缓冲包装的合适程度，应用概率方法来设计缓冲包装，必将使缓冲包装产品具有更好的经济性和适用性。

采用有限元法、边界元法等更精细的动力学分析方法，结合模态分析与参数识别技术，可精确地分析产品任意部位的加速度响应，优化设计缓冲衬垫的局部尺寸，从而可以进一步提高包装件对流通环境的适应性，减少缓冲材料用量。

► 防振包装标准化

现有包装设计太注重于缓冲而忽视了防振包装。缓冲包装设计六步法提出了应考虑冲击和振动相协调的问题，然而只有缓冲设计部分才有标准可参照。

研究点：

• 叠合纸板的缓冲机理

• 蜂窝、瓦楞纸板缓冲性能

• 新型缓冲包装结构

• 包装件跌落有限元分析与优化设计

• 防振包装标准化

研究案例：共有木质托盘有限元分析

在初步确实共用木质平托盘的结构、材料、总体尺寸及每个构件尺寸基础上，进行参数化建模与设计;按照有关标准进行试验，找到初步定托盘的缺陷所在;运用有限元仿真和模型参数识别技术，基于CAD/CAE软件和试验数据，解决木包装设计系统的CAE分析出的结果与实际不相符的问题;对共用木质平托盘的构件尺寸与材料选择进行不同方案的优化设计，保证能够在使用安全与预期寿命的前提下，达到使用的木材材料为最小的目标，实现最大程度节约宝贵木材资源的目的。

1、创建模型

2、荷载分析

3、约束情况

4、应力云图

5、应变云图

6、优化设计

• 结构优化设计

• 尺寸优化设计

• 材料优化设计

7、成本评估

(作者：王玉龙副教授 责任编辑：余晔)