聚合物泡沫材料因具有良好的缓冲、吸能和减振等特性,在家电行业中被广泛地用作包装缓冲材料。其中以发泡聚苯乙烯(EPS)、发泡聚氨酯(EPU)泡沫材料为代表,制作工艺较成熟且成本低,成为研究人员进行包装结构设计与开发的首选材料。研究缓冲包装结构对产品的保护能力其实就是研究包装件在危险载荷环境下的结构动力学响应,特别是包装件在跌落冲击载荷下的特性响应。本文以冰箱跌落冲击为案例,以泡沫包装材料和冰箱结构用的典型材料为研究对象,通过实验、理论和计算的方法深入探讨其材料的力学特性。最后建立冰箱包装件的有限元模型,进行数值计算为包装工程结构设计提供参考。利用万能材料试验机、落锤式冲击试验装置对EPS、EPU泡沫材料进行了准静态和动态压缩实验,探讨了泡沫密度、加载速率对材料动态压缩特性的影响。基于实验数据,考虑了密度相关性,拟合了获得材料恒定应变率下动态本构关系的经验公式,克服了落锤试验法难以获取材料恒定中应变率本构关系的问题,建立了 EPS和EPU中低应变率下压缩动态本构模型。基于LS-DYNA中MAT57、MAT163和ABAQUS中Low Density Foam、Crushable Foam四种材料模型分别建立了 EPS、EPU泡沫材料的分析模型。通过模拟落锤冲击过程,对比试验结果,发现MAT163、Crushable Foam对于预测EPS泡沫材料的冲击响应和能量吸收特性具有较高的精度,Low density foam则能较好地预测EPU材料。同时验证了所建立动态本构模型的可靠性。通过万能材料试验机和液压高速拉伸机,研究了冰箱结构用的塑料材料(HIPS、ABS、GPPS、PP)和金属材料(DX51D、SPCC)在中低应变率下的材料拉伸力学性能。探讨了温度、加载速率对材料力学性能的影响。并获得了材料的力学行为与应变率、温度相关的有效数据,将率效应、塑性参数引入本构方程用于冰箱结构的跌落计算中。最后对冰箱包装件的跌落冲击进行了仿真计算。结果表明泡沫包装能显著减小冰箱结构所承受的冲击力,延长冲击作用时间,增强缓冲和减振效果。底面跌落较棱跌和角跌方式对冰箱结构的危害最严重。结构的应力场分布与所受的冲击力呈正相关关系。随着使用的泡沫包装材料密度的增大,结构所受的冲击力越大。当应用较高密度泡沫时,结构局部出现了塑性变形。针对该结构设计缺陷,本文通过局部优化,改善了应力集中,同时降低了结构的惯性效应,提高了冰箱整体的抗跌落冲击能力。