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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:宋俊卿
研究生(外文):Sung, Chun-Ching
論文名稱:4D實境模擬器之結構強度與疲勞分析
論文名稱(外文):Structural Strength and Fatigue Analysis for a 4D Simulator of Virtual Reality
指導教授:胡惠文
指導教授(外文):Hu, Hui-Wen
口試委員:王栢村
口試委員(外文):Wang, Bor-Tsuen
口試日期:2015-07-03
學位類別:碩士
校院名稱:國立屏東科技大學
系所名稱:車輛工程系所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:94
中文關鍵詞:4D實境模擬器有限元素分析疲勞壽命雨流法邁因納線性損傷定律
外文關鍵詞:4D Simulator of Virtual RealityFinite Element AnalysisFatigue lifeRainflow countingMiner’s rule
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本論文旨在利用電腦模擬分析方式,評估4D實境模擬器在靜、動態負載條件下之結構強度與疲勞壽命。首先利用HyperMesh分析軟體建立4D實境模擬器之有限元素分析模型,將合作廠商所提供結構材料之機械性質於分析軟體內定義,接著參照歐盟規範BS EN 13814完成分析所需之邊界與負載條件設定,經由分析結果搭配歐盟規範BS EN 13814與EN 1993-1-9評估結構在靜態負載條件下的強度與銲道疲勞設計之安全性。而動態模擬分析之入力條件則透過實機測驗方式,量測六軸平台的制動器實際所產生之位移量,輸入LS-DYNA分析軟體計算出結構在變動負載下之應力振幅與分佈位置,再將其分析結果輸出到nCode疲勞求解軟體,利用雨流法與Miner’s rule將結構所有各別負載及其平均負載所累積的疲勞損傷,預測結構在變動負載條件下之疲勞壽命。
In this research, finite element analysis is used to evaluate structural strength and fatigue analysis of 4D virtual reality simulator in motion and static state. A finite element model of 4D virtual reality simulator is established using software HyperMesh. Static analysis is performed to evaluate the static strength and fatigue life prediction based on EU standard EN 13814 and EN 1993-1-9. Dynamic simulation is then performed based on the scenario of the film of 4D simulator. The movement of platform and seats are driven by six driving cylinders, which are critical to carry the load. The time histories of displacement of driving cylinders are measured using a laser equipment, and then enter the software, LS-DYNA. The dynamic stresses is obtained from the simulation and then used to predict the fatigue life of structure and components. A software nCode is used for fatigue analysis, based on rain-flow method and Miner’s rule.
摘要 i
Abstract ii
謝誌 iii
目錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
符號索引 xiii
第1章 緒論 1
1.1研究動機 1
1.2文獻回顧 3
1.3雨流法應用於疲勞分析介紹 11
1.3.1疲勞壽命理論 11
1.3.2應力-壽命法理論 11
1.3.3 Miner線性疲勞累積損傷理論 13
1.3.4雨流循環計數法 14
1.4全文概述 17
第2章 實境模擬器之分析模型 18
2.1實境模擬器系統介紹 18
2.2實境模擬器有限元素分析模型建立流程 19
2.2.1乘客座椅結構有限元素分析模型 20
2.2.2頂棚結構有限元素分析模型 23
2.2.3六軸動態模擬器有限元素分析模型 26
2.2.4乘載平台與走行軌道有限元素分析模型 30
2.3實境模擬器結構強度分析 35
2.3.1模型接頭定義 35
2.3.2模型接觸形式定義 37
2.3.3邊界與負載條件 38
2.3.4結構強度靜態分析結果 43
第3章 實境模擬器動態測試 58
3.1實驗測試規劃 58
3.2實驗儀器規格與設定 64
3.3實驗量測結果 66
第4章 實境模擬器動態模擬與分析 72
4.1結構材料彈塑性模型 72
4.2致動器位移接頭設定 74
4.3邊界與負載條件設定 75
4.4動態模擬分析結果 76
4.5疲勞壽命估算分析流程 84
4.6疲勞壽命估算結果 86
第5章 結論與建議 89
5.1結論與建議 89
5.2未來研究建議 91
參考文獻 92
作者簡介 94

[1] Disney, All Rights Reserved,Disney Parks &; Travel, “Soarin Over California” Available in website: https://disneyland.disney.go.com/attractions/disney-california-adventure/soarin-over-california/.
[2] Stewart, D., 1965, “A Platform with Six Degrees of Freedom,” Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Vol. 180, Part 1, No. 5, pp. 371-386, 1965-1966.
[3] British Standards(BSi), 2004, “Fairground and amusement park machinery and structures-safety(BS EN 13814),” pp.23-24.
[4] 中華人民共和國國家標準,2008年,「遊樂設施安全規範(GB 8408-2008」,第11頁。
[5] The European Union, 2005 “Design of steel structures-Part 1-9 : Fatigue(EN 1993-1-9),” pp.15-26.
[6] Ohchida, H., 1979, “Analysis of Service Failures of Hitachi Products (1970-1975),” Hitachi Company Report.
[7] Fuchs, H. O., 1980, “Metal Fatigue in Engineering,” John-Wiley &; Sons Inc.
[8] Wohler, A., 1871, “Uber die Festigkeitversuchemit Eisen und Stahl,” Zeitschrift Bauwesen, Vol. VIII, X, XIII, XVI, and XX, 1860/70. English account of this work is in Engineering.
[9] Fairbrain, W., 1864, “Experiments to Determine the Effect of Impact, Vibratory Action, and Long Continued Changes of Load on Wrought Iron Girders,” Philosophical Transactions of the Royal Society,London.
[10] Matsuishi, M., and Endo, T. 1968, “Fatigue of metals subjected to varying stress,” Society of Mechanical Engineers.
[11] Palmgren, 1924, “Durability of Ball Bearings,” Vol. 68, No. 14, pp. 339-341.
[12] Miner, M. A., 1945, “Cumulative Damage in Fatigue,” Journal of Applied Mechanics, Trans. ASME, Vol. 67, pp. A159-A164
[13] Muniyasamy, K., Govindarajan, R., Jayaram, N., Ravi, Kharul., 2005, “Vibration Fatigue Analysis of Motorcycle Front Fender,” SAE Technical Paper No.2005-32-0030.
[14] Song, G., and Tan, C., 2015, “Door Slam CAE Method Investigation,” SAE Technical Paper No. 2015-01-1324.
[15] Cheon, J., Young, Y., Jae, J., Bok, C., and Eun, J., Hyundai Motor Co, 2015, “Design of A Light Weight Suspension Component Using CAE,” SAE Technical Paper No. 980901.
[16] 楊偉良,許弘元,2007,「機車車架疲勞耐久CAE分析」,中華民國力學學會第三十一屆全國力學會議,高雄。
[17] Joseph, E. S., and Mischke, C. R., 2002, “Mechanical Engineering Design,” MCGraw-Hill, pp. 416-417.
[18] Shigley, J. E., Mischke, C. R., 2002, 原著,林震、吳嘉祥、黎文龍編譯,機械工程設計(上),台北 : 東華,第456-564頁。
[19] SKF精密元件銷售網站,“ Compact inverted roller screws for powerful actuation”Available in website:https://www.youtube.com/watch?v=_9rtQ91PQNw
[20] LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION (LSTC), 2014, “LS-DYNA Keyword User’s Manual VOLUME I”
[21] Rafael, C., and Richard, E., 2002, “Digital Image Processing / second Edition”.
[22] LIVERMORE SOFTWARE TECHNOLOGY CORPORATION (LSTC),2014, “LS-DYNA Keyword User’s Manual VOLUME II”

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