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包装分析改善了设计

经过劳拉卡宾滨|2011年7月5日

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Tetra Pak是一种食品加工和包装公司,在20世纪60年代开创了无菌加工方法。它涉及超高温(UHT)治疗牛奶和其他液体食品,使它们保持安全,新鲜,味道至少六个月,没有冷冻。

无菌包 - 从-tetra-pak
这是一个无菌包来自Tetra Pak。

通过所有向外外观,这些包装似乎很简单,但制造它们的流程很复杂,有时它们会在形成和折叠时遇到麻烦。首先,纸箱基填料材料的连续卷轴 - 用超薄层和铝加强的纸复合材料 - 被送入灌装机并灭菌。材料形成并密封到管中并填充,导致其膨胀。然后形成成形并密封以保持其无菌。最后,它被切成单独的包裹。


变形的例证包装管作为包装密​​封件。

但是下一步可以呈现一些问题:重力驱动液体,然而,折叠步骤和所得管变形迫使液体向后。压力法兰减少了回流量,但管仍然可以变形。它需要保持其结构完整性而不会破坏或压接。

根据Virtual Engineering的Tetra Pak Manager摩托斯奥尔斯森博士,“在设计新的包装或改变灌装机时,折叠和形成是关键的操纵。在过去,他们难以预测。“

奥尔固森补充说,“我们需要一种现实,可靠的仿真方法,考虑到液体,包装材料,以及所有作用和互动的所有主要力量。”

该公司从Dassault Systemes的Sumulia子公司实施了Abaqus FEA软件。为初步试验分析,工程师选择了Tetra Fino无菌500 mL牛奶包装。该材料非常薄,柔性,在压力变化下进行大变形。管的横截面从圆形横截面迅速变为折叠时完全关闭。而且,有一种强大的流体结构相互作用,必须进行建模,其必须考虑流体中的变化和它们对包装材料的影响。

分析模型包括以下内容:

•复合包装
•包装的流体,包括其流动和压力性能
•浮选装置,靠在流体表面的顶部
•折叠包装材料的系统
•控制管内压力波的压力法兰

结构项目在“拉格朗日”框架中进行了建模。柔性包装材料用校准的壳体元素进行建模,以表示层压材料,尽管它是均匀的均匀,但降低了分析的计算时间。使用“欧拉”方法模拟流体,可精确地捕获非粘性流体流动的特性。

填充和包装系统的示意图
填充和包装系统的示意图用于无菌液体容器。

方法的组合有助于工程师在单一分析中模拟包装管和流体的相互作用。因为包装过程是轴向对称的,所以工程师建模了系统的一半,以大大减少处理时间。该模型涉及大约220,000元元素,约70,000个变量。


ABAQUS FEA模拟管内的液体在三个时间步骤(从左到右)。初始,在形成第一密封之后和形成第二密封之后。

工程师能够模拟并定义各种设计参数,包括:

•排序折叠系统动作,包括材料的变形
•确定包装材料的选择和适用性
•建立流体注入速率与形成包装体积之间的相关性
•定义施加到材料的拉伸载荷,以防止破损或压接

Dassault Systemes.
www.3ds.com.

Tetra Pak.
www.tetrapak.com.

::设计世界::


提交:包装那FEA软件那模拟那软件


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