科创中国

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高端装备制造产业

需求背景

针对包装行业的快速发展，瓦楞纸箱由于其良好的抗压及缓冲性能，符合现代物流与运输包装工业的应用发展趋势。目前对瓦楞纸箱性能的研究，国内外均取得很大进展，总结研究发现，对瓦楞纸箱的抗压稳定性研究主要通过大量的实验，这种方法不仅费时还浪费大量人力成本。随着计算机技术及数值计算方法的发展，有限元仿真技术越来越多的应用到仿真纸箱抗压中，通过建立的数字模型，技术人员输入与实验环境相同的边界条件，通过计算机计算得到瓦楞纸箱压溃模型。由于瓦楞纸箱整体结构模型复杂，仿真过程中设置材料参数、接触和边界条件较为繁琐，计算量大，且受各种条件影像通过实验测量的纸板力学参数差异性较大，因此对于整体的纸箱抗压强度计算和局部纸板破坏情况影响较大。

需解决的主要技术难题

a. 由于瓦楞纸箱模型结构复杂且具有相似性，仿真过程中设置材料参数、接触和边界条件较为繁琐，单次仿真瓦楞纸箱抗压会花费较大的时间成本;

b. 普通仿真云平台不具备行业专业性，仿真重复性工作较多的问题，仿真效率低、精度差，仿真门槛高，不利于设计人员操作；

c.原有技术方案中，为提高计算效率和收敛性，不得不忽略纸板几何特征，以实体单元替代纸板，无法查看纸箱压溃状态下结构破坏情况。

期望实现的主要技术目标

a. 提供一种计算瓦楞包装箱抗压强度的计算方法，通过将材料数据库、参数化建模、模型前处理、作业提交计算、模型后处理、报告输出模块进行系统集成，构建包装瓦楞平台;

b. 材料数据库模块支持储存本课题用户和行业用户纸张实验数据，参数化建模模块支持参数化实现瓦楞纸箱三维模型建立，模型前处理支持默认仿真设置仿真边界条件;

c. 作业提交模块支持自动编写提交脚本文件并连接后台超算资源;

d.模型后处理支持对结果文件按照行业要求生成支撑力-位移曲线，自动计算弹性模量、泊松比，报告输出模块支持自动生成仿真报告，支持设计人员完成设计要求。

需求解析

解析单位：“科创中国”超级算力应用创新科技服务团（国家超级计算天津中心） 解析时间：2023-10-26

夏梓峻

国家超级计算天津中心

先进制造部部长

综合评价

此需求描述已足够清晰以便专家进行需求跟进。建立瓦楞仿真云平台主要用来解决仿真计算资源不足、作业上传下载困难、仿真重复性工作较多的问题。不仅提高仿真效率、降低偏差，而且降低从业者的仿真门槛。数据库采用Django框架，由纸张生产厂家提供材料参数，基于纸张各向异性特点，将纸张三个方向拉伸模量、剪切模量、泊松比、屈服应力数据通过公用网络上传录入进数据库，并对数据信息进行分类、存储和导出。在仿真流程上采用本方案，仅需输入纸张材料信息和瓦楞结构信息即可得到对应的纸板力学性质，同时计算出采用该纸板制造的纸箱抗压强度，根据经验公式结合纸板力学参数可完成纸箱抗压强度的初步计算，对比完整纸箱抗压强度模拟结果，结果更具说服力。

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