在包装优化设计中，有限元分析的对象主要包括包装材料、包装结构以及包装过程。分析范围涵盖了包装材料的力学性能、包装结构的稳定性、以及包装过程中可能出现的应力集中、变形等问题。通过有限元分析，我们可以全面了解包装在各种情况下的受力状态，从而找到优化设计的关键点。

目前包装箱抗压性能测试，一般采用物理测试，缺陷是成本高、结果随机性大、测试收集数据不准确等。生产EPS泡沫包装箱前需要首先制作模具，通过有限元分析软件对EPS泡沫箱进行结构静力学有限元分析，能够简化设计流程，节省大量人力物力。

包装的结构和造型对于其承载能力和美观度至关重要。有限元分析可以帮助我们评估不同结构和造型的包装在受力情况下的性能表现。通过模拟分析，我们可以找到最佳的包装结构和造型，提高包装的承载能力和稳定性。

建立泡沫包装箱模型

使用 UG 建立样品三维模型，

1 号样品规格外尺寸为 340 mmx220mmx180 mm,内尺寸为 300 mmx180 mmx140 mm;

2号样品规格外尺寸为 345 mmx225 mmx180 mm内尺寸为 305 mmx185 mmx140 mm;

3 号样品规格外尺寸为 340 mmx220 mmx186 mm，内尺寸为 304mmx184 mmx154 mm

根据以上尺寸参数在 UG 中建立各样品的原始三维模型，为使分析结果更接近于真实情况，对外表各边进行倒圆角操作，圆角半径为 5 mm。1 号2 号和 3 号样品的最终三维模型见图 1。

1、材料属性定义

将UG中导出保存的模型文件,导人 Abaqus 中分别定义材料的密度、弹性模量、泊松比以及塑性阶段应力-应变数据。以文献中实验数据为例，EPS对于其弹性阶段，弹性模量为 1.52MPa，泊松比为 0.3，密度为 11.18 kg/m³

2、接触方式定义

实际上，泡沫包装箱在物流运输等使用过程中，一般使用胶带等将箱体与箱盖固定，可视为接触面之间没有相对运动。所以可以绑定约束，用于将模型中的2个区域( 面或节点区域 ) 绑定在一起，使箱体和箱盖之间没有相对运动。

3、边界条件及加载

对箱体和箱盖的切割边施加对称载荷，箱体底边施加三自由度固定约束，箱盖上表面施加 p=1.6kPa 的压强。按照箱盖表面施加 100 N 压力计算 。

4、网格划分

对 3 种样品模型分别进行如上所述的参数设置后，进行网格划分操作。为使分析结果更加精确，设置网格种子单元大小为 5 mm。设置网格单元类型为一阶四面体 C3D4 单元，确认对箱盖和箱体进行网格划分。

5、计算与分析

提交分析作业计算后，进入分析结果，选择显示 Mises 应力的云纹图，3 种样品模型的应力云图见下图。

1 号样品的应力云图中最大应力为 44.9 kPa位于箱体与箱盖接触部分。

2 号样品相对于 1 号样品，箱体进行了减量化设计，其最大应力为 45.9 kPa仍位于箱体与箱盖接触部位，同时箱盖中心区域应力增大，但没有超过弹性极限，箱体应力较小且相对于 1 号样品模型变化不大。

在 3 号样品箱盖下表面设计了加强筋，箱盖结构与前 2 种样品不同，如图 3c 所示，最大应力为 47.0 kPa，可看出箱盖中心区域应力明显减小，但由于箱盖设计问题导致其箱体与箱盖接触部位最大应力区域较大

6、优化设计

根据分析结果可得出泡沫箱主要变形部位为箱盖中心区域，应力最大区域为箱体与箱盖接触部分，箱体所受应力与应变较小。

通过如上仿真分析，设计一种泡沫包装箱模型，厚度为 20mm，以箱盖内部物理中心为原点，设计一个内径为 60 mm，外径为 100 mm，高度为 100 mm 的圆环。这个结构可以有效解决箱盖中央部分所受过大应力问题，同时沿箱盖对角线增加一个“X”型加强筋，宽度为 20 mm，高度为 10 mm。箱体设计与2 号样品相同，采用减量化设计，凹槽长 100 mm，宽 50 mm，高 10 mm，见图 4。