蘇學(xué)滿，孫麗麗

（安徽工程大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽蕪湖241000）

基于最小質(zhì)量的醫(yī)用輸液瓶吹塑結(jié)構(gòu)影響因素研究

蘇學(xué)滿，孫麗麗

（安徽工程大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽蕪湖241000）

以某100mL醫(yī)用塑料輸液瓶為研究對(duì)象，采用Ansys軟件對(duì)其吹塑成型過(guò)程進(jìn)行有限元分析，并針對(duì)變形過(guò)程中瓶體出現(xiàn)的壁厚不均等缺陷，基于最小瓶坯質(zhì)量，構(gòu)建瓶坯結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型；利用通用全局優(yōu)化算法對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行非線性曲線擬合分析計(jì)算，得到輸液瓶坯各個(gè)部位的壁厚最優(yōu)值，并計(jì)算出輸液瓶吹塑成型后的壁厚均勻度和最小瓶坯質(zhì)量。結(jié)果表明，與優(yōu)化之前相比，瓶體壁厚均勻度得到提高，瓶坯質(zhì)量大為降低，從而減少了聚丙烯（PP）材料的消耗，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

吹塑；Ansys軟件；塑料輸液瓶；非線性擬合；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

0 前言

隨著國(guó)家新醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)政策的推動(dòng)以及新材料技術(shù)的發(fā)展，塑料輸液瓶包裝已經(jīng)逐步取代玻璃輸液瓶包裝成為醫(yī)用輸液瓶包裝容器市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。塑料輸液瓶常見(jiàn)的方法主要有注—拉—吹制瓶法（分為一步法和二步法）、擠—拉—吹制瓶法和擠吹法。目前，歐美國(guó)家的生產(chǎn)線以一步法為主，而我國(guó)的生產(chǎn)線則以二步法為主，即成型過(guò)程中輸液瓶瓶坯的注塑和瓶體的吹塑分別在不同的設(shè)備上進(jìn)行。

在輸液瓶吹塑過(guò)程中，其瓶身極易出現(xiàn)壁厚變薄現(xiàn)象，從而造成整個(gè)輸液瓶制件壁厚均勻性大大降低。為了改善輸液瓶產(chǎn)品的成型性能，提高輸液瓶的成型質(zhì)量，可以對(duì)瓶坯的結(jié)構(gòu)和尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)［1－2］。在整個(gè)吹塑過(guò)程中，輸液瓶瓶坯的設(shè)計(jì)是最初階段，國(guó)外主要依靠經(jīng)驗(yàn)估算，國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)一般利用試錯(cuò)法，這些耗費(fèi)人力和時(shí)間的做法不利于成本的降低和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。而1stOpt軟件的優(yōu)點(diǎn)是克服優(yōu)化計(jì)算領(lǐng)域中使用迭代法必須給出合適初始值的難題，自行隨機(jī)給出參數(shù)初始值，并通過(guò)通用全局優(yōu)化算法對(duì)方程進(jìn)行曲線擬合，最終得出最優(yōu)解［3］。為此，在滿足瓶體設(shè)計(jì)要求和性能指標(biāo)的前提下，本文以輸液瓶瓶坯質(zhì)量作為目標(biāo)函數(shù)來(lái)構(gòu)建優(yōu)化模型，以瓶體的壁厚均勻度作為性能約束條件，通過(guò)1stOpt優(yōu)化算法對(duì)瓶坯結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算［4］，重新優(yōu)化設(shè)計(jì)輸液瓶瓶坯各個(gè)部位的壁厚，以提高吹塑后的壁厚均勻性，并得到最小的瓶坯質(zhì)量，從而減少材料的消耗。

1 PP輸液瓶工藝分析

100mL輸液瓶屬于橢圓形中空瓶體容器，其結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示，其中瓶口部分外緣直徑為 31．5mm，帶有2個(gè)環(huán)形凸起，尺寸分別為3．25mm×2mm和1mm×2mm；瓶身主體部分高度為87mm，在外部帶有圓弧連接；瓶底部分長(zhǎng)度為60．7mm，寬度為39．5mm，底部帶有凹槽，凹槽深為4mm。該輸液瓶的總高度為100mm，最薄處的壁厚為0．8mm，材料為PP，其性能參數(shù)如表1所示。

圖1 100mLPP輸液瓶結(jié)構(gòu)尺寸Fig．1 Structure size of 100mL PP infusion bottle

由于該醫(yī)用PP輸液瓶的瓶口尺寸小，瓶身尺寸大，結(jié)合相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，文中采用二步法注—拉—吹工藝，即首先在注塑工位上利用注塑機(jī)將熔融塑料注入注塑模具內(nèi)加工成輸液瓶瓶坯，接著在吹塑工位上將瓶坯進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訜岷筮M(jìn)行吹塑，最后經(jīng)保壓、冷卻后開(kāi)模取出輸液瓶瓶體塑件。

表1 PP的基本性能參數(shù)Tab．1 Basic performance parameters of PP

2 初始工藝方案分析

2．1 初始瓶坯尺寸的選擇

如圖2所示，輸液瓶初始瓶坯的瓶底和瓶身部分壁厚均勻，均為2．94mm。瓶口部分的外徑為 31．5mm，并有2個(gè)環(huán)形凹槽，尺寸分別為1mm×2mm和3．25mm×2mm；瓶底部分的外徑為 25．0mm，內(nèi)徑為 19．12mm；瓶身總高為77mm。此外，初始瓶坯的質(zhì)量為12．205g。

圖2 輸液瓶初始瓶坯Fig．2 Initial infusion bottle embryo

2．2 有限元模型的建立

2．2 ．1 模型的簡(jiǎn)化

在輸液瓶由瓶坯吹塑成瓶體的過(guò)程中，由于三維實(shí)體的模擬分析方程計(jì)算量較大，分析時(shí)間較長(zhǎng)，故進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化處理：

（1）忽略瓶坯的瓶口部分。因?yàn)檩斠浩康钠靠诓糠衷谄颗鞯淖⑺苓^(guò)程中已經(jīng)直接成型，在吹塑過(guò)程中不再參與變形［5－6］，所以在有限元模型建立時(shí)可以忽略不建，而只需要建立參與吹塑的瓶體部分即可。

（2）選取整個(gè)模型的1／2進(jìn)行仿真試驗(yàn)。因?yàn)檩斠浩科颗骱痛邓苣＞呔鶠檩S對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此在吹塑過(guò)程中產(chǎn)生的各種變化均具有對(duì)稱性，所以選取整體模型的1／2進(jìn)行模擬與整體模擬結(jié)果基本一致，而且可以節(jié)省計(jì)算時(shí)間。

（3）將輸液瓶的三維模型簡(jiǎn)化為二維模型，并假設(shè)輸液瓶坯已經(jīng)放置在模具中［7］。

簡(jiǎn)化后的輸液瓶吹塑過(guò)程有限元模型如圖3所示。

圖3 簡(jiǎn)化后的有限元模型Fig．3 The simplified FEM model

2．2 ．2 邊界條件的設(shè)定

首先把簡(jiǎn)化模型轉(zhuǎn)化成Drawing．sat文件導(dǎo)入到前處理器Gambit中，然后采用Pave（非結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格）對(duì)2個(gè)面域進(jìn)行網(wǎng)格劃分。其次，在定義介質(zhì)時(shí)，設(shè)定SD1為輸液瓶吹塑模具，設(shè)置為流體（Fluid）；SD2為輸液瓶瓶坯，設(shè)置為固體（Solid）。最后，進(jìn)行邊界類型和條件的設(shè)置，將輸液瓶瓶坯的各條邊的名字分別設(shè)定為BS1、BS2、BS3……等，其中定義BS1為對(duì)稱軸；BS2表示瓶坯外表面，為自由表面，向x方向運(yùn)動(dòng)，與BS5接觸；BS3表示瓶坯上邊界，法向速度和切向速度為零；BS4表示瓶坯內(nèi)表面，為保證瓶坯吹脹成型，定義法向壓力即吹脹壓力，其值為0．2MPa；BS5為接觸邊界。如圖4所示。

2．2 ．3 模具參數(shù)的設(shè)定

將參數(shù)計(jì)算模型定義為黏度隨剪切速率變化模型，流體類型選擇廣義牛頓流體等溫流動(dòng)問(wèn)題，計(jì)算過(guò)程中不考慮溫度、重力和慣性力的影響［8－9］。瓶坯吹脹時(shí)流體沿重力方向y方向流動(dòng)，且gY＝－981cm／s2。材料的密度為0．9g／cm3，材料的黏度隨剪切速率的變化由Bird－Carreau本構(gòu)方程［10］給出，其表達(dá)式為：

式中 η0——零剪切黏度，Pa·s

圖4 邊界條件的設(shè)定Fig．4 Boundary conditions'setting

λ——松弛時(shí)間值，s

γ·——剪切速率，s－1

n——冪率指數(shù)

2．2 ．4 網(wǎng)格的重置

在輸液瓶吹塑成型模擬過(guò)程中，網(wǎng)格可能會(huì)發(fā)生較大的變形，屬于大變形問(wèn)題。為了保證模擬順利進(jìn)行，也為了真實(shí)反映吹塑時(shí)的實(shí)際情況，需要進(jìn)行網(wǎng)格重置。選擇SD1為網(wǎng)格重置區(qū)域，BS2為主移動(dòng)面，因?yàn)槠颗鬏^薄，故采用薄殼法進(jìn)行整體網(wǎng)格重置。瞬態(tài)迭代參數(shù)設(shè)置如下：初始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間分別為0、1s，初始步長(zhǎng)、最小步長(zhǎng)和最大步長(zhǎng)分別為0．002、10－7、0．002s，懲罰因子為0．01。

建立了100mL輸液瓶吹塑成型的有限元模型之后，利用Ansys軟件對(duì)其吹塑過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。

2．3 輸液瓶初始方案分析

從圖5（a）、（b）可知，瓶坯的瓶口處最先接觸到吹塑模具，其余部分在此過(guò)程中的變形基本同步，輸液瓶屬于自由吹塑過(guò)程。輸液瓶壁厚的最大值出現(xiàn)在最先貼近模具型腔內(nèi)壁的瓶口部分，達(dá)到2．9360mm。這是因?yàn)楫?dāng)瓶坯貼近吹塑模具型腔內(nèi)壁后，其x方向的位移量基本上不再發(fā)生變化，從而造成此處的吹脹比較小，輸液瓶成型制件的壁厚較大。

隨著吹塑過(guò)程的進(jìn)行，瓶坯的厚度逐漸減小。從圖5（c）開(kāi)始，輸液瓶瓶坯的中部開(kāi)始接觸到吹塑模具的內(nèi)壁，并逐漸與模具內(nèi)壁完全貼合，此后不再發(fā)生變形或僅僅只發(fā)生較小的變形。此后瓶坯上部的圓角部分也開(kāi)始向模具上方貼近，當(dāng)吹塑時(shí)間（t）＝0．03928s時(shí)，瓶坯上部與模具內(nèi)壁完全貼合，如圖5（d）所示。當(dāng)t＝0．04539s時(shí)，瓶坯底部開(kāi)始與吹塑模具底部的凸起部分接觸，并逐漸形成輸液瓶底部的凹陷區(qū)域，如圖5（f）～（g）所示；當(dāng)t＝0．05421s時(shí)，瓶坯下部的圓角部分與模具下部完全貼合，輸液瓶吹塑過(guò)程結(jié)束。輸液瓶壁厚的最小值出現(xiàn)在瓶身下部外側(cè)的圓角部分，達(dá)到0．8886mm。作為瓶坯與吹塑模具最后接觸和貼合的部分，此處在其他部分發(fā)生變形時(shí)，始終要參與整個(gè)吹塑變形過(guò)程，所以產(chǎn)生的變形較大，壁厚變薄現(xiàn)象十分嚴(yán)重。此外，瓶身上部外側(cè)圓角部分的壁厚也出現(xiàn)壁厚變薄現(xiàn)象。由于成型后的瓶體上這兩處圓角部分的壁厚變化較為劇烈，而瓶坯的總質(zhì)量是恒定的，所以使得整個(gè)輸液瓶制件的壁厚均勻性大大降低，也使得產(chǎn)品的品質(zhì)受到影響。

圖5 輸液瓶壁厚分布圖Fig．5 Wall thickness distribution diagram of the infusion bottle

3 瓶坯結(jié)構(gòu)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的建立

在PP輸液瓶二步法注拉吹生產(chǎn)過(guò)程中，輸液瓶瓶坯和吹塑后瓶體制件的各項(xiàng)性能取決于瓶坯的結(jié)構(gòu)尺寸（如瓶坯的高度、壁厚等）和工藝參數(shù)（如注塑壓力、保壓壓力、拉伸比和吹脹比等）。因此，除了選擇合適的工藝參數(shù)外，對(duì)瓶坯的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)也十分重要。為了提高PP輸液瓶制件的壁厚均勻性，改善產(chǎn)品的成型性能，可以根據(jù)瓶體的最終形狀，將瓶坯上即將參與大變形的主要區(qū)域的型胚加厚，不參與吹塑變形部分的型胚減薄。即根據(jù)100mL輸液瓶的結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)，可以進(jìn)行決策變量的選擇，以輸液瓶的瓶坯質(zhì)量作為優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)、加工工藝和性能指標(biāo)等約束條件，利用1stOpt軟件中的通用全局優(yōu)化算法（UGO）對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行分析計(jì)算，最終可以得到瓶坯各個(gè)部位的壁厚最優(yōu)值。

圖6 輸液瓶瓶坯與瓶體結(jié)構(gòu)示意圖Fig．6 Schematic diagram of the infusion bottle and the embryo

3．1 瓶坯的結(jié)構(gòu)參數(shù)

在PP輸液瓶吹塑過(guò)程中，輸液瓶的瓶坯與瓶體之間遵守質(zhì)量守恒定律，變形前后的體積也保持不變。輸液瓶制件的最終形狀決定了初始瓶坯的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)，瓶坯與瓶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖如圖6所示。其中，瓶坯主要由瓶口段、直邊段、過(guò)渡段、中段和底端五部分組成，圖中的F、C、T、M和B分別表示瓶口段、直邊段、過(guò)渡段、中段和底端，Th表示壁厚，L表示長(zhǎng)度。由于瓶口段在吹塑時(shí)基本不參與變形，直邊段在吹塑時(shí)的形變程度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他部分，所以輸液瓶瓶坯結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的范圍主要是過(guò)渡段、中段和底端區(qū)域。圖6中LF、LC、LT、LM、LB分別為瓶坯瓶口段、直邊段、過(guò)渡段、中段和底端的長(zhǎng)度；ThT、ThM分別為瓶坯過(guò)渡段和中段的壁厚；DT、DB分別為瓶坯過(guò)渡段的內(nèi)徑和底端的外徑。

對(duì)于輸液瓶而言，只要能選擇適當(dāng)?shù)拇得洷?，就能順利地成型出合格的零件。由于輸液瓶吹塑的吹脹比為型坯的總拉伸比，是軸向拉伸比和周向吹脹比的乘積［11］，即：

式中 m0——總拉伸比

A、B——分別為軸向拉伸比和周向吹脹比

Lb、Lp——分別為瓶體和瓶坯的長(zhǎng)度，mm

Db、Dp——分別為瓶體和瓶坯的直徑，mm

根據(jù)塑料瓶設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)可知，PP的軸向拉伸比和周向吹脹比的取值范圍分別為1．5～2．5和3～5之間，即：

此外，由圖3可知：

則：

式中 Lb－t、LT——分別為瓶體過(guò)渡段和瓶坯過(guò)渡段的長(zhǎng)度，mm

為減小計(jì)算量，可以認(rèn)為瓶體的長(zhǎng)度Lb、直徑Db和過(guò)渡段長(zhǎng)度Lb－t已知，即將其視為常量。

3．2 決策變量的選擇

根據(jù)上述關(guān)系可知，利用輸液瓶瓶坯的長(zhǎng)度、過(guò)渡段、中段及底端的壁厚，以及過(guò)渡段的內(nèi)徑和中段的外徑等參數(shù)，就可以得到其余的結(jié)構(gòu)參數(shù)。所以將上述5個(gè)參數(shù)作為瓶坯結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)的決策變量，并定義為未知量Xi，如圖7所示，其中X1＝Lp、X2＝ThT、X3＝DT、X4＝ThM、X5＝DB，則X＝［X1，X2，X3，X4，X5］＝［Lp，ThT，DT，ThM，DB］。

圖7 輸液瓶瓶坯的決策變量Fig．7 Decision variables of the infusion bottle embryo

3．3 目標(biāo)函數(shù)的建立

考慮到相關(guān)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)成本和產(chǎn)品輕量化等方面的要求，在滿足各項(xiàng)設(shè)計(jì)性能指標(biāo)的前提下，總是希望能夠用質(zhì)量最小的瓶坯得到合格的輸液瓶體，故將100mL輸液瓶的瓶坯質(zhì)量W（X）作為優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)：

W（X）＝WT＋WM＋WB＝ρ（VT＋VM＋VB）（9）式中 WT、WM、WB——分別為瓶坯過(guò)渡段、中段和底

端的質(zhì)量，g

VT、VM、VB——分別為瓶坯過(guò)渡段、中段和底端的體積，mm3

ρ——瓶坯的密度，g／mm3

3．4 約束條件的選擇

3．4 ．1 設(shè)計(jì)參數(shù)的約束條件

由于輸液瓶成型瓶體的壁厚必須滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，所以在進(jìn)行瓶坯設(shè)計(jì)時(shí)，也要參照相關(guān)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壁厚約束。查表得100mL輸液瓶瓶體壁厚約束為：ThT≥0．85，ThM≥0．85，即：X2≥0．85，X4≥0．85，此外，由公式（6）得：0．40Lb＜Lp＜0．667Lb，0．20Db＜Dp＜0．667。

由于各設(shè)計(jì)參數(shù)均與決策變量有關(guān)：Lp＝X1，Dp＝X3＋2 X4，則：0．40Lb＜X1＜0．667Lb，0．20Db＜X3＋2 X4＜0．667Db。

3．4 ．2 加工工藝的約束條件

在輸液瓶瓶坯設(shè)計(jì)階段，除了要考慮設(shè)計(jì)參數(shù)取值的限制范圍，還要考慮實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中吹塑工藝實(shí)施的可行性。主要包括：

（1）注塑過(guò)程中的加工工藝約束：

瓶坯脫模性：DT＜DB，DB＜Z，即：X3＜X5＜Z。

（2）吹塑過(guò)程的約束：

拉伸桿間隙要求：Drod＋RCI＜DM＜DF，即：Drod＋RCI＜X5－2 X4＜DF。其中，Drod、RCI、DM和DF分別為拉伸桿的外徑、拉伸桿間隙、瓶坯中段內(nèi)徑和瓶口段內(nèi)徑。

3．4 ．3 性能指標(biāo)的約束條件

針對(duì)輸液瓶在初始方案吹塑時(shí)存在的壁厚變薄現(xiàn)象，需要對(duì)瓶坯結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化時(shí)必須著力提高輸液瓶制件的壁厚均勻性，而瓶體壁厚均勻度f(wàn)（X）是評(píng)價(jià)壁厚均勻的主要指標(biāo)［4］，且：

式中 Thi——數(shù)值模擬試驗(yàn)結(jié)果中每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的壁厚，mm

n——網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)

根據(jù)相關(guān)企業(yè)目前生產(chǎn)的瓶體進(jìn)行實(shí)測(cè)計(jì)算以及相關(guān)工藝數(shù)據(jù)要求，輸液瓶的壁厚均勻度要求控制在一定的范圍內(nèi)（0．106≤f（X）≤0．142），所以將瓶體的壁厚均勻度f(wàn)（X）作為性能約束條件。

3．5 邊界條件的確定

由于Lb＝87，Db＝60．7，故得：34．8＜X1＜58．029，12．14＜X3＋2 X4＜40．49。此外，根據(jù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)可以得到瓶坯其他結(jié)構(gòu)參數(shù)的取值范圍，即：0．85≤X2＜3．2，15＜X3＜26，0．85≤X4＜3．2，15＜X5＜26。

4 基于最小質(zhì)量的瓶坯結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)以上建立的目標(biāo)函數(shù)［式（13）］和各約束條件，利用1stOpt軟件平臺(tái)編寫(xiě)程序編碼如下：

Title“Fitting ofthe infusion bottle embryo weight model based on 1stopt”；

Constantρ，Lb，Lb－t，LT；

Parameter X1，X2，X3，X4，X5；

Variable W（Xi），Xi；

Function W（X）；

Data；

……（數(shù)據(jù)部分省略）。

通過(guò)比較1stOpt軟件中不同的優(yōu)化方法，選擇通用UGO進(jìn)行自動(dòng)擬合運(yùn)算，其余參數(shù)選擇缺省項(xiàng)，并設(shè)定迭代次數(shù)為30。通過(guò)其自主調(diào)整決策變量，求得的優(yōu)化解如下：

則X＝［X1，X2，X3，X4，X5］＝［57．01，2．32，20．36，2．78，25．92］

將優(yōu)化結(jié)果代入式（13），得到瓶坯質(zhì)量為：

由此可見(jiàn)，與圖2中初始瓶坯的質(zhì)量12．205g相比，優(yōu)化后單個(gè)瓶坯的質(zhì)量降低了18．92%，這意味著企業(yè)的生產(chǎn)成本得到降低，而且也達(dá)到了輕量化的要求。

此外，優(yōu)化前后各性能參數(shù)對(duì)比如表2所示。

表2 優(yōu)化前后各性能參數(shù)對(duì)比Tab．2 Various performance parameters contrast before and after optimization

利用優(yōu)化后的各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)重新繪制輸液瓶的瓶坯結(jié)構(gòu)圖，并重新利用Ansys軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，得到輸液瓶瓶體壁厚分布圖如下圖8所示。

在本次數(shù)值模擬后，將輸液瓶底部中心點(diǎn)設(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)，選取瓶體上等距離的若干節(jié)點(diǎn)，量取各節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的徑向壁厚值，并對(duì)壁厚均勻度進(jìn)行測(cè)算，得到輸液瓶瓶體的壁厚均勻度f(wàn)（X）＝0．119，滿足約束條件。

由優(yōu)化前后的模擬數(shù)據(jù)，繪制出瓶體徑向壁厚分布對(duì)比曲線如圖9所示。從圖9可以看出，當(dāng)輸液瓶瓶坯采用非均勻壁厚優(yōu)化設(shè)計(jì)后，吹塑成型后的輸液瓶瓶體的壁厚分布均勻性得到明顯提高。成型后瓶體壁厚最大值由優(yōu)化前的2．9360mm降低到1．8650mm，出現(xiàn)在最先貼近模具型腔內(nèi)壁的瓶口部分。壁厚的最小值由優(yōu)化前的0．8886mm降低到0．5765mm，出現(xiàn)在瓶身下部外側(cè)的圓角部分。

圖8 輸液瓶瓶體優(yōu)化后的壁厚分布圖Fig．8 Wall thickness distribution diagram of the infusion bottle after optimization

圖9 優(yōu)化前、后瓶體徑向壁厚分布曲線Fig．9 Radial wall thickness distribution curve before and after optimization

由此可見(jiàn)，通過(guò)1stOpt的UGO對(duì)PP輸液瓶瓶坯進(jìn)行擬合計(jì)算后得到的非均勻壁厚是可行的，既可以使輸液瓶成型制件的壁厚分布均勻性得到提高，又可以滿足企業(yè)對(duì)輕量化生產(chǎn)的要求。

5 結(jié)論

（1）建立了100mL輸液瓶吹塑有限元模型，利用Ansys軟件進(jìn)行吹塑過(guò)程數(shù)值模擬，并對(duì)瓶體吹塑過(guò)程進(jìn)行壁厚分析；

（2）針對(duì)初始方案中瓶體外側(cè)圓角部分出現(xiàn)的壁厚嚴(yán)重變薄缺陷，構(gòu)建瓶坯結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，利用1stOpt軟件對(duì)瓶坯進(jìn)行非線性分析計(jì)算，得到瓶坯各個(gè)部位的壁厚最優(yōu)值；

（3）與優(yōu)化之前相比，吹塑的瓶體整體壁厚分布更加均勻，且所需的單個(gè)瓶坯質(zhì)量由12．205g降低到9．896g，達(dá)到了消除產(chǎn)品缺陷和產(chǎn)品輕量化的目的，也從另一方面表明1stOpt的UGO具有較強(qiáng)的尋優(yōu)能力，可以作為類似塑料瓶坯結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法之一。

［1］印雄飛，蘇良瑤．飲料PET瓶坯的數(shù)值模擬及優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］．塑料工業(yè)，2011，39（12）：52－54．Yin Xiongfei，Su Liangyao．Numerical Simulation and Optimal Design of Beverage PET Bottle Preform［J］．China Plastics Industry，2011，39（12）：52－54．

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《中國(guó)塑料》中英文摘要書(shū)寫(xiě)要求

1 摘要的分類

（1）報(bào)道性摘要 報(bào)道性摘要是指明一次文獻(xiàn)的主要范圍及內(nèi)容梗概的簡(jiǎn)明摘要，相當(dāng)于簡(jiǎn)介。報(bào)道性摘要一般用來(lái)反映科技論文的目的、方法及主要結(jié)果與結(jié)論，在有限的字?jǐn)?shù)內(nèi)向讀者提供盡可能多的定性或定量的信息，充分反映該研究的創(chuàng)新之處。

科技論著如果沒(méi)有創(chuàng)新內(nèi)容，如果沒(méi)有經(jīng)得起檢驗(yàn)的各種不同的方法或結(jié)論，是不會(huì)引起讀者的閱讀興趣的，所以學(xué)術(shù)性期刊多采用報(bào)道性摘要。篇幅一般為300字左右。

（2）指示性摘要 指示性摘要是指明一次文獻(xiàn)的論題及取得的成果的性質(zhì)和水平的摘要，其目的是使讀者對(duì)該研究的主要內(nèi)容（即作者作了什么工作）有一個(gè)輪廓性的了解。創(chuàng)新性較少的論文，一般寫(xiě)成指示性摘要，用于學(xué)術(shù)性期刊的簡(jiǎn)報(bào)、問(wèn)題討論以及技術(shù)性期刊等。一般為100字左右。

（3）報(bào)道－指示性摘要 報(bào)道－指示性摘要是介于兩者之間，以報(bào)道性摘要的形式表述一次文獻(xiàn)中信息價(jià)值較高的部分，而以指示性摘要的形式表述其余部分。以200字左右為宜。

2 摘要的幾個(gè)特點(diǎn)

（1）完整 概括出文章的目的、方法、結(jié)果及結(jié)論；（2）簡(jiǎn)潔 排除常識(shí)內(nèi)容，避免重復(fù)題目；

（3）獨(dú)立 不得引用文中參考文獻(xiàn)號(hào)、圖號(hào)和公式號(hào)；

（4）具體 具體說(shuō)明所取得的進(jìn)展，例如某項(xiàng)性能指標(biāo)提高的百分比，不要用“效果很好”、“得出了一些有意義的結(jié)論”等模糊的表達(dá)方式；

（5）便于收錄 摘要、題名中應(yīng)避免包含圖、表、化學(xué)結(jié)構(gòu)式、非公知公用的符號(hào)和術(shù)語(yǔ)等，以方便EI等文摘和題錄數(shù)據(jù)庫(kù)收錄文本數(shù)據(jù)。

3 中文摘要的具體編寫(xiě)要求

（1）摘要應(yīng)具有獨(dú)立性和自含性，即不閱讀報(bào)告、論文的全文，就能獲得必要的信息。摘要中有數(shù)據(jù)、有結(jié)論，是一篇完整的短文，可以獨(dú)立使用，可以引用，可以用于工藝推廣；

（2）摘要應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，第一句話應(yīng)避免重復(fù)題名或題名中的一部分，開(kāi)門(mén)見(jiàn)山，刪掉課題研究的背景信息；例如，文章的題目為“六種聚丙烯的性能研究”，摘要的第一句為“對(duì)六種聚丙烯的性能進(jìn)行了研究”；

（3）摘要只敘述新信息和發(fā)現(xiàn)，應(yīng)刪除或減少原來(lái)的研究細(xì)節(jié)；

（4）摘要應(yīng)包含與文章同等量的主要信息，供讀者確定有無(wú)必要閱讀全文，也供文摘等二次文獻(xiàn)采用。摘要一般應(yīng)說(shuō)明研究工作目的、實(shí)驗(yàn)方法、設(shè)備、材料、結(jié)果和最終結(jié)論等，而重點(diǎn)是結(jié)果和給論；

（5）摘要中只出現(xiàn)最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)；

（6）摘要不需要自己標(biāo)榜自己的研究結(jié)果，如“實(shí)驗(yàn)結(jié)果將對(duì)塑料工業(yè)的發(fā)展具有重大促進(jìn)作用”等；（7）摘要中不能出現(xiàn)圖、表、參考文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)；

（8）摘要中的內(nèi)容應(yīng)在正文中出現(xiàn)，不表述個(gè)人觀點(diǎn)，不能對(duì)正文進(jìn)行補(bǔ)充和修改；

（9）摘要中的縮寫(xiě)在第一次出現(xiàn)時(shí)要有全稱；

（10）摘要不能與結(jié)論過(guò)多重復(fù)。

例如摘 要：研究了聚丙烯／聚烯烴熱塑性彈性體／納米CaCO3（PP／POE／納米CaCO3）復(fù)合材料的流變學(xué)行為，探討了納米Ca－CO3、POE添加量、剪切速率和溫度對(duì)復(fù)合材料黏度的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在較低剪切速率下，隨納米CaCO3添加量的增加，體系熔體黏度增加；在較高剪切速率下，隨納米CaCO3添加量的增加，體系黏度降低；增加POE添加量，復(fù)合體系的熔體黏度增大；納米Ca－CO3的加入使復(fù)合體系的非牛頓指數(shù)減小，非牛頓性增強(qiáng)。PP／POE／納米CaCO3（100／10／10質(zhì)量份數(shù)，下同）體系具有高流動(dòng)性，熔體流動(dòng)速率為19．58g／（10min）。

4 英文題名及英文摘要的編寫(xiě)要求

（1）英文題名以短語(yǔ)為主，尤以名詞短語(yǔ)為主，即題名基本上由1個(gè)或幾個(gè)名詞加上其前置和／或后置定語(yǔ)構(gòu)成，如“Thermodynamic Characteristics of Heated－treated PVA Film”；

（2）在能夠準(zhǔn)確反映文章內(nèi)容的前提下，字?jǐn)?shù)越少越好，一般不超過(guò)2行，14個(gè)字；

（3）冠詞可用可不用時(shí)均不用，如“The Application of PP in the Automobiles in China”中的2個(gè)冠詞都可以不用；

（4）除本專業(yè)公認(rèn)的縮略語(yǔ)外，不能用縮略語(yǔ)；

（5）英文摘要應(yīng)是中文摘要的轉(zhuǎn)譯，要簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確譯出，考慮到英文語(yǔ)法或文字的要求，不必逐字對(duì)應(yīng)，一般150～180字為宜；

（6）英文摘要中時(shí)態(tài)也以簡(jiǎn)練為佳，常用一般現(xiàn)在時(shí)、一般過(guò)去時(shí)，少用現(xiàn)在完成時(shí)和過(guò)去完成時(shí)，其他時(shí)態(tài)基本不用；

（7）原來(lái)摘要的首句多用第三人稱This paper……等開(kāi)頭，現(xiàn)在傾向于采用更簡(jiǎn)潔的被動(dòng)語(yǔ)態(tài)或原形動(dòng)詞開(kāi)頭。

（8）行文時(shí)最好不用第一人稱，以方便文摘刊物的編輯刊用。

Study of Influencing Factors for Structure of Blown Molded Medical Infusion Bottles’Based on Minimum Mass

SU Xueman，SUN Lili
（School of Mechanical and Automotive Engineering，Anhui Polytechnic University，Wuhu 241000，China）

This paper reported a case study on influencing factors for structure by taking a 100mL blown molded medical plastic infusion bottle as a sample．A finite element model was established for the blow molding process of this bottle and then analyzed with Ansys software．For the uneven wall thickness and other defects appearing in the deformation process of the bottle，a mathematical model for the structure of an infusion bottle embryo was established based on a minimum bottle embryo mass，and then it was analyzed and calculated by nonlinear curve fitting using universal global optimization．The optimum value for wall thickness in various parts of the infusion bottle embryo was achieved，and the evenness of wall thickness and the minimum mass of the bottle obtained from blow molding were calculated．Compared with the unoptimized results，the wall thickness evenness was improved，whereas the minimum mass was reduced．In this case，the production cost was reduced due to a decrease in the consumption of PP raw material after optimization．

blow molding；Ansys software；plastic infusion bottle；nonlinear fitting；structural optimization

TQ320．66

B

1001－9278（2017）07－0099－08

10．19491／j．issn．1001－9278．2017．07．017

2017－01－08

安徽省高等教育提升計(jì)劃科研項(xiàng)目（TSKJ2017B05）

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