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动静态堆码试验标准解读及应用分析
摘 要：运输包装件在存储和运输过程中大多以堆码形式摆放，此种条件下包装件的各个接触面存在挤压、压缩现象，就此种环境条件，国内外相关标准给出了详细定义和规范，主要分为静态堆码和动态堆码两种情况。为了使诸多包装运输企业更好地了解堆码试验标准，更切合实际地模拟堆码环境条件，本文将对其相关标准进行解析并通过比较分析给出试验案例。
关键词：静态堆码 试验标准 动态堆码
现代社会的包装产品在储存和运输过程中为了便于保管和作业并能充分利用仓库、车辆容积，提高储存面积利用率，通常采用堆码形式摆放。与此同时，由于包装材料耐压强度的限制，可能使包装箱体及商品在储存和运输过程中发生破损和变形，这就使得堆码检测和试验成为诸多企业关注的焦点。
一、堆码试验种类
堆码试验适用于评定运输包装件和单元货物在堆码时的耐压强度或对内装物的保护能力，根据环境条件的不同，堆码试验可做如下分类。
1.1 静态堆码
静态堆码主要指包装件在储存过程中的堆码，标准ASTM D4169称之为储存堆码。其试验的原理是将样品放在平整水平面上，在其上面施加均匀载荷。其实现方法可以通过使用相同包装件来模拟实际堆码或通过使用砝码或其他载荷件代替来模拟实际堆码，进行一定时间的试验。
1.2 动态堆码
动态堆码指包装件在运输过程中的堆码，标准ASTM D4169称之为运载堆码。该过程中，由于车辆的运输振动，包装件之间存在动态挤压压缩现象。
1.3 静态堆码和动态堆码的区别
动静态堆码的区别在于，首先二者模拟的环境条件不同，静态堆码是储存环境条件，动态堆码则是运输环境条件。其次，二者的试验方法不同，静态堆码可以根据试验原理将样品置于静止在水平平面一定时间来实现，也可通过压力试验机来实现。动态堆码，除特定堆码载荷外，还伴有随机振动或其他振动条件。
二、堆码标准解析
2.1 GB/T 4857.3和GB/T 4857.4标准
标准GB/T 4857.3―2008《第3部分：静载荷堆码试验方法》和标准GB/T 4857.4―2008《第4部分：采用压力试验机进行的抗压和堆码试验方法》未给出包装件压力载荷值的计算公式。此外，该国标和标准ISO 2234及ISO 12048中的内容基本相同。
标准GB/T 4857.3中给出了试验设备的三种加载方法，分别是包装件组，自由加载平板和导向加载平板。标准GB/T 4857.4给出了使用压力试验机进行试验的方法，其原理是将试验样品放置于压力机的压板之间，然后选用(1)或(2)方法进行[1][2]。
(1)在抗压试验的情况下，进行加压直至样品损坏或达到预定载荷和位移值为止。(2)在堆码试验的情况下，施加预定载荷直至试验样品损坏或持续到预定的时间为止。
此外，标准GB/T 4857.4对堆码初始载荷进行了规定，平均压缩载荷[7]为101-200、201-1000、1001-2000、2001-10000、10001-20000、20001-100000的初始载荷分别为10、25、100、250、1000、2500。
2.2 ISTA 标准
标准ISTA(国际安全运输协会)的压力试验可以采用压力机或载荷和加载板进行，其中压力机试验时，“加压并释放”和“加压并保持”两方法均可使用。此外，压力试验的压力值/载荷是由仓储堆码压力和车辆堆码压力的最大值来确定的[3][4]。
对于仓储堆码时间超过48小时的集合包装，其堆码压力计算方法如表3。
其中，Wt为集合包装的毛重;S为集合包装堆码层数，包括最底下的一层;F为补偿系数(F是用来补充考核实验室试验中没有被模拟到的一些因素，比如温度、湿度条件，错位码放、长期载荷等，本章该值为典型数据，某种特定条件下可以改变F值);1.4为加压时间的补偿系数;9.8为公制转换系数。
对于仓储堆码时间超过48小时的集合包装选择仓储堆码压力值，对于不超过48小时的集合包装，选择车辆堆码压力值。
在仓储堆码过程中，如果样品顶部没有放置任何物品，则表1中S=1，仓储堆码压力为0，那么就不需要做压力试验。F系数值为3，如果使用其他系统，要在试验报告中详细说明。在车辆堆码中，如果集合包装的高度达到或超过1.4m，F系数值取1.5，否则F取3，如果使用其它系数，要在报告中详细说明。
此外，ISTA 2还明确给出三种压力试验的压力计算公式，如表2所示。
2.3 ASTM D 642和ASTM D 4169标准
标准ASTM D 642着重介绍了压力试验机的使用，并就加载力和压力机压缩速率给出具体描述[5]。
标准ASTM D 4169―2008将堆码试验分为储存堆码和运输堆码两种，储存堆码即静态堆码，运输堆码即动态堆码。该标准给出了不同条件下保险系数的取值，及动静态堆码两种试验条件下的应力计算方法[6]。
包装件在储存堆码和运输堆码时压力计算公式为：
(1)
其中：L为压力值，单位为N;M为包装件的质量，单位为kg;J为9.8N/kg;H为储存堆码或输运堆码的最大高度，单位m;当高度未知时，取2.7m计算;h为货运单元或单件容器的高度，单位m;F为保险系数。
包装件在运输过程中的动态堆码计算公式为：
(2)
其中，M为运输载荷密度，单位为kg/m3，如未知，以160kg/m3计;H为运输车辆最大堆码高度，w为货运单元或单件容器的宽度，单位为m; K为lm3/m3。
对于动态堆码，标准ASTM D 4169―2008给出了随机振动和正弦振动两种常用的运输振动模式。随机振动中卡车、轨道车和空载运输三种环境条件下的振动谱如表3所示。
正弦振动的频率范围为3-100，测试条件分为I、II、III三个等级，其对应的轨道车峰值加速度均为0.25g，卡车峰值加速度均为0.5g，三个等级下的停留时间分别为15min、10min、5min。
以上标准的不同之处在于GT/T 4857只给出了试验加载方式，而没有对堆码压力进行具体计算，ISTA标准将堆码试验分为储存和运输堆码两种，且给出了压力计算公式，同ASTM D4169标准，但二者的压力公式也有所不同，且ASTM D4169给出了随机、正弦振动谱图也是该标准独特之处。
三、堆码试验应用分析
根据试验标准，本章将根据储存和运输两种环境条件，来具体阐述动静态堆码试验的实施方法。
3.1 静态堆码试验
静态堆码试验首先确定堆码试验压力，其计算方法是根据ISTA 3E、ISTA 2A、ASTM D 4169等标准计算。堆码试验方式有以下两种：(1)使用固定载荷物或加载板施加均匀载荷，如图1(a)所示。(2)使用压力机施加均匀载荷，如图1(b)所示。静态堆码试验结果通常要求箱体无明显变形、破损，箱内样品无异常损伤。
3.2 动态堆码试验
动态堆码试验仍需首先确定堆码试验压力，具体方法可根据ISTA和ASTM D 4169等标准计算。动态堆码试验则是将样品放置于振动台上，然后确定样品需要施加的载荷力，通过箱体堆叠和其他载荷物施加压力来实现，具体如图2。动态堆码试验结果通常要求箱体无明显变形、破损，箱内样品无异常损伤。
四、结语
静态堆码和动态堆码在包装件储存和运输过程中广泛存在，标准也给出了规范要求，但在试验中，应针对不同环境条件加以区分处理，动态堆码在静态堆码的基础上增加了运输振动，环境更加严酷。
参考文献：
[1]GB/T 4857.3―2008《包装运输包装件基本试验第3部分：静载荷堆码试验方法》.
[2]GB/T 4857.4―2008《包装运输包装件基本试验第4部分：采用压力试验机进行的抗压和堆码试验方法》.
[3]ISTA 3E―2009，2011 International Safe Transit Association.
ISTA 2A―2011，2011International Safe Transit Association.
[4]ASTM D4169―08 Standard Practice for Performance Testing of Shipping Containers and Systems.
[5]ASTM D642―00 Standard Test Method for Determining Compressive Resistance of ShippingContainers， Components， and Unit Loads.
[6]陈志强，陈振强.解析瓦楞纸箱运输包装件压力试验标准[J].印刷技术，2012，(2)：34-36.
[7]DOI：10.3969/j.issn.1003-1960.2012.02.023.
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