如何避免因靜態荷重導致包裝材料破損

在物流與倉儲的過程中，若產品包裝被壓凹陷或是邊角變形，不僅會讓消費者瞬間對品牌扣分，企業還得面臨退換貨、報廢與額外運輸成本，這些看似微小的「瑕疵」卻是企業最頭痛的隱性成本！

現在，我們可以透過 CAE 模擬與結構最佳化技術，讓企業在包裝材料設計初期就預先識別潛在風險，有效降低實體測試成本與產品報廢率。

 

模擬包裝材料在靜態荷重下的工程挑戰

對包裝設計工程師而言，最大的挑戰並非設計創意，而是如何讓包裝材料在實際應用中不變形、不破損，同時還要兼顧成本、重量與環保要求。尤其在看似靜態的倉儲與運輸環境，其實隱藏著許多力的潛在風險，這些看不見的力逐漸累積，最終將導致包裝結構受損與破壞：

1. 倉儲堆疊存放負載：企業為了最大化倉儲空間，產品往往層層堆疊，而瓦楞紙箱或寶特瓶在堆疊過高的情況下，可能導致壓縮失效、屈曲或永久變形等問題。

2. 填充與密封負載：在灌裝飲料或其他流體時，若寶特瓶或金屬罐頭內部的壓力過高，可能導致瓶身膨脹，甚至有破裂的風險。

3. 運輸導致的堆疊：商品因為跨國運輸，可能必須在靜態載荷下長時間儲存，而這會削弱瓦楞紙箱的結構強度，進而引發蠕變現象。

4. 負載集中：瓶蓋、封口、接縫等剛性結構常常成為局部高應力區，在持續負載下，這些區域容易破裂、凹陷或撕裂。

 

避免包裝破損的解決方案

為了解決靜態荷重可能造成的結構問題，我們憑藉多年服務包裝產業的經驗，深知客戶在設計中時常面臨的挑戰與痛點。針對不同應用需求，我們提供專業且具實務導向的 CAE 模擬工具，包括 Ansys Mechanical 結構有限元模擬軟體、LS-DYNA 顯式動力學模擬軟體等，協助您在產品早期階段提前預測並調整包裝設計：

1. 模擬包材各類型的負載與材料非線性行為: 針對包裝材料的頂部負載、側向負載與內部壓力進行模擬，捕捉非線性材料行為，像是塑性、屈曲以及接觸等。

2. 模擬包材高度非線性擠壓情境: 建構模型以模擬包裝材料高度非線性的屈曲或擠壓情境，例如寶特瓶底部凸出或是紙箱側板塌陷。

3. 最佳化模擬流程與結構幾何設計: 透過 Ansys optiSLang 軟體，包裝設計工程師可針對瓶壁厚度、紙箱結構、封口方式等進行包裝設計調整，達到在不犧牲強度的前提下減重節材，同時提升其對靜態荷重的抵抗力。

4. 快速轉換實驗數據，建立材料模型: 使用任何材料模型都需要根據實驗數據確定合適的材料參數，Ansys Mcalibration 可將實驗材料數據轉化為模擬可用的材料參數，以提升模擬準確性。

寶特瓶擠壓模擬

寶特瓶頂部負載結果

 

模擬包裝材料靜態荷重的好處

我們致力於協助企業導入 CAE 模擬技術，並提供專業的教育訓練課程，客戶不僅能夠提升包裝設計品質、縮短 CAE 技術的導入時間、有效降低教育訓練成本，更能從成本與永續層面為客戶帶來顯著效益:

1. 提早發現包裝設計的潛在風險: 在設計初期就能看出哪裡容易變形、哪裡可能屈曲，不必等到實體測試才發現問題。

2. 降低實體測試成本: 靠 CAE 模擬就能預測包裝強度，不必每次都做實體測試，大幅降低測試成本與週期。

3. 包裝更輕又保有強度: 包裝設計工程師可根據模擬結果，調整紙箱的瓦楞結構與寶特瓶的瓶身厚度，達到輕量化又不減強度的理想設計。

4. 符合環保與 ESG 要求: 隨著環保意識抬頭，政府和市場越來越重視 ESG 指標，CAE 模擬可協助企業開發更輕薄、減碳又不易壞的包裝設計，不只友善環境，也更容易獲得客戶與市場認同。

 

建議使用工具 ：Ansys Mechanical、Ansys LS-DYNA、Ansys OptiSLang

 

參考資料 ：Ansys 原廠

 

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