在填充和封裝過程中，需要輕質但足夠堅固的材料。Tetra Pak的虛擬工程經理Mattias Olsson博士說：“完全控制過程至關重要，這需要對涉及的液體和材料的負荷和力量有深入的了解。” 出於成本和控制考慮，包裝過程被設計得盡可能簡單。但保持簡單帶來了巨大的工程挑戰。連續的紙盒基材料卷——主要是紙張，夾帶著一些超薄的塑料和鋁層——被送入填充機的頂部並在此過程中被消毒。平坦的包裝材料被形成為一個管狀並沿長度方向封閉。填充機的一個管道進入這個包裝材料管的頂部，將其填充液體並使其膨脹。一個機械系統折疊並橫向封裝，低於液體表面，保持無菌的同時將其形成所需的形狀。然後將管狀切割成單個包裝。 雖然這個過程很簡單，但它承受的力並不簡單。“重力使液體下沉，”Olsson說，“但折疊和管狀變形卻是在迫使它向後流動”——就像在花園軟管中造成一個扭結一樣。一個壓力法蘭(pressure flange)（基本上是一個帶有小孔的平盤）安裝在管道內部，位於折疊系統上方，以減少向上的回流。但包裝管在折疊和液體壓力變化下容易變形，需要保持其結構完整性，不破裂或皺折。 背景與挑戰 材料的輕量化與堅固性：在填充和封裝過程中，需要一種輕質但足夠堅固的材料來承受液體的壓力和機器的操作。 過程控制的復雜性：包裝過程需要簡單化以降低成本和提高控制性，但這種簡化同時帶來了巨大的工程挑戰，如材料的消毒、形成、填充和封裝的一體化操作。 圖1.無菌液體容器的填充和包裝系統示意圖。 技術創新 流體-結構互動的模擬：使用Abaqus軟體的耦合CLE數值方法 (Coupled Eulerian-Lagrangian, CEL)來模擬填充和封口過程中的複雜流體結構互動，這涉及對液體動力學和包裝材料之間相互作用的深入分析。 壓力法蘭(pressure flange)的效用：模擬中顯示壓力法蘭(pressure flange)是控制液體回流和減少包裝材料與液體間動態互動的有效工具，尤其是在防止包裝材料在高速填充時破裂或皺折的情況下。 圖2.左圖：結構的半對稱模型包裝系統的組成部分。右圖：包裝管因包裝密封而變形。 未來展望 優化包裝形狀和尺寸：進一步開發新的包裝形狀和尺寸，以適應市場需求和生產效率的提高。 提高生產速度與質量：通過模擬早期介入設計過程，預期可以縮短開發時間，同時提升最終產品的質量和性能。 這些挑戰和技術創新展示了Tetra Pak如何利用先進的模擬技術來優化其包裝解決方案，確保產品的質量和效率，同時減少生產過程中的風險和成本。 關鍵字：SIMULIA Abaqus、包裝 下載PDF