跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(216.73.216.81) 您好!臺灣時間:2025/10/07 05:32
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:葉根元
研究生(外文):YEH, GEN-YUNG
論文名稱:在不同邊界條件下承受橫向負載之楔形複材平板的應力奇異性探討
論文名稱(外文):STRESS SINGULARITIES RESULTING FROM VARIOUS BOUNDARY CONDITIONS OF WEDGE COMPOSITE PLATES UNDER TRANSVERSE LOAD
指導教授:王偉中王偉中引用關係
指導教授(外文):WANG, WEI-CHUNG
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:動力機械工程學系
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:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
論文頁數:93
中文關鍵詞:ESPI楔形平板應力奇異性橫向負載
相關次數:
  • 被引用被引用:2
  • 點閱點閱:191
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
本文中,以williams的均質楔形平板理論與劉皇興之單軸向複合材料理論之齊性解為基礎,並在加入特解後,以ESPI實驗來驗證理論。
本文中所施之力為橫向之靜態負荷。由理論之齊性解可以求得特徵方程式與無窮多個特徵值,並且一個特徵值會對應一個待定係數,為了求取此待定係數將由實驗來求得。首先於實驗之影像取得資料點的位移資訊,經大量取點後使用過定之最小平方法與牛頓-拉福森法疊代出待定係數,即可得到完整之位移場以驗證理論。並由虎克定律可以得到應力與特徵值的關係式以判別是否可能造成應力奇異性,經由不同的楔角邊界條件、不同的楔角角度與不同的纖維角度以探討特徵值與應力之關係。
目錄
一、簡介1
二、文獻回顧3
三、原理5
3.1 電子光斑影像干涉術5
3.2 楔形均質平板小變形理論8
3.2.1主要假設8
3.2.2 均質平板理論8
3.2.3 楔形平板的位移場9
3.3 非等向性材料平板的理論13
3.3.1 非等向性材料平板的概述13
3.3.2 正交平板的推導14
3.3.3 一般非等向性材料平板的理論23
3.4 最小平方法理論概述24
3.4.1疊代牛頓-拉福森法25
3.4.2 最小平方法26
3.5楔形平板的應力奇異性探討28
3.5.1 均值平板的應力奇異性28
3.5.2 複合材料楔形平板之應力奇異性29
四、實驗試片與裝置30
4.1 實驗試片規劃30
4.1.1 鋁合金試片30
4.1.2 複合材料試片30
4.2 ESPI實驗裝置31
五、實驗程序33
5.1 鋁合金平板與複合材料平板的驗33
5.2 理論和實驗之驗證34
六、結果與討論35
6.1 鋁合金平板的實驗與理論驗證35
6.1.1 鋁合金平板的實驗35
6.1.2 鋁合金平板的理論驗證35
6.2 複合材料平板的實驗與理論驗證37
6.2.1 複合材料平板的實驗37
6.2.2複合材料平板的理論驗證37
6.3 應力奇異性的探討38
6.3.1 鋁合金平板的應力奇異38
6.3.2 複合材料平板的應力奇異性39
七、結論與展望44
7.1 結論44
7.2 展望44
八、參考文獻46
附錄A 積分公式93
圖目錄
圖2.1 楔角角度示意圖48
圖3.1 平面內電子光斑影像干涉術光路圖49
圖3.2 平面外電子光斑影像干涉術光路圖49
圖3.3 平面內電子光斑影像干涉術向量圖50
圖3.4 平面外電子光斑影像干涉術向量圖50
圖3.5 厚度一定的平板51
圖3.6 平板受力前後的比較圖51
圖3.7 平板應力合力之作用方向圖52
圖3.8 平板承受集中負載的示意圖52
圖3.9 平板承受分佈負載的示意圖53
圖4.1 鋁合金試片尺寸示意圖54
圖4.2 複合材料試片尺寸示意圖54
圖4.3 鋁合金平板之邊界條件為自由-自由的固定端與施力點
示意圖55
圖4.4 鋁合金平板之邊界條件為自由-夾持的固定端與施力點
示意圖55
圖4.5 鋁合金平板之邊界條件為夾持-夾持的固定端與施力點
示意圖55
圖4.6 複合材料平板之邊界條件為自由-自由的固定端與施力
點示意圖56
圖4.7 複合材料平板之邊界條件為自由-夾持的固定端與施力
點示意圖56
圖4.8 複合材料平板之邊界條件為夾持-夾持的固定端與施力
點示意圖56
圖4.9 真空袋之疊層順序57
圖4.10複合材料製作之養護過程57
圖5.1 鋁合金平板邊界為自由-自由之實體圖58
圖5.2 鋁合金平板邊界為自由-夾持之實體圖58
圖5.3 鋁合金平板邊界為夾持-夾持之實體圖58
圖5.4 鋁合金取點區域示意圖59
圖5.5 鋁合金平板邊界為夾持-夾持受P2負載之取點示意圖59
圖5.6 鋁合金平板邊界為自由-夾持受P2負載取1∼11個特徵
值之倒畫60
(a)取1個特徵值的結果
(b)取2個特徵值的結果
(c)取3個特徵值的結果
(d)取4個特徵值的結果
(e)取5個特徵值的結果
(f)取6個特徵值的結果
(g)取7個特徵值的結果
(h)取8個特徵值的結果
(i)取9個特徵值的結果
(j)取10個特徵值的結果
(k)取11個特徵值的結果
圖6.1楔角邊界為自由-自由之鋁合金試片的實驗和理論倒畫
結果之比62
(a)承受P1負載所得之ESPI條紋
(b)取1個特徵值之結果
(c)取3個特徵值之結果
(d)取9個特徵值之結果
圖6.2 楔角邊界為自由-自由之鋁合金試片的實驗和理論倒畫
結果之比較64
(a)承受P2負載所得之ESPI條紋
(b)取1個特徵值之結果
(c)取3個特徵值之結果
(d)取9個特徵值之結果
圖6.3 楔角邊界為自由-夾持之鋁合金試片的實驗和理論倒畫
結果之比較66
(a)承受P1負載所得之ESPI條紋
(b)取1個特徵值之結果
(c)取3個特徵值之結果
(d)取9個特徵值之結果
圖6.4 楔角邊界為自由-夾持之鋁合金試片的實驗和理論倒畫
結果之比較68
(a)承受P1負載所得之ESPI條紋
(b)取1個特徵值之結果
(c)取3個特徵值之結果
(d)取9個特徵值之結果
圖6.5 楔角邊界為夾持-夾持之鋁合金試片的實驗和理論倒畫
結果之比較70
(a)承受P2負載所得之ESPI條紋
(b)取1個特徵值之結果
(c)取3個特徵值之結果
(d)取9個特徵值之結果
圖6.6 楔角邊界為夾持-夾持之鋁合金試片的實驗和理論倒畫
結果之比較72
(a)承受P2負載所得之ESPI條紋
(b)取1個特徵值之結果
(c)取3個特徵值之結果
(d)取9個特徵值之結果
圖6.7 楔角邊界為自由-自由之[0]12複合材料試片的實驗和理
論倒畫結果之比較74
(a)承受P1負載所得之ESPI條紋
(b)取1個特徵值之結果
(c)取3個特徵值之結果
(d)取9個特徵值之結果
圖6.8 楔角邊界為自由-自由之[90]12複合材料試片的實驗和
理論倒結果之比較76
(a)承受P1負載所得之ESPI條紋
(b)取1個特徵值之結果
(c)取3個特徵值之結果
(d)取9個特徵值之結果
圖6.9 楔角邊界為自由-夾持之[0]12複合材料試片的實驗和
理論倒畫結果之比較78
(a)承受P2負載所得之ESPI條紋
(b)取1個特徵值之結果
(c)取3個特徵值之結果
(d)取9個特徵值之結果
圖6.10楔角邊界為自由-夾持之[90]12複合材料試片的實驗和
理論倒畫結果之比較80
(a)承受P2負載所得之ESPI條紋
(b)取1個特徵值之結果
(c)取3個特徵值之結果
(d)取9個特徵值之結果
圖6.11楔角邊界為夾持-夾持之[0]12複合材料試片的實驗和
理論倒畫結果之比較82
(a)承受P2負載所得之ESPI條紋
(b)取1個特徵值之結果
(c)取3個特徵值之結果
(d)取9個特徵值之結果
圖6.12楔角邊界為夾持-夾持之[90]12複合材料試片的實驗和
理論倒畫結果之比較84
(a)承受P2負載所得之ESPI條紋
(b)取1個特徵值之結果
(c)取3個特徵值之結果
(d)取9個特徵值之結果
圖6.13邊界夾持-夾持2700楔角平板在纖維角度改變時之最小
特徵值分佈圖86
圖6.14邊界夾持-夾持3300楔角平板在纖維角度改變時之最小
特徵值分佈圖86
圖6.15邊界自由-夾持2700楔角平板在纖維角度改變時之最小
特徵值分佈圖87
圖6.16邊界自由-夾持3300楔角平板在纖維角度改變時之最小
特徵值分佈圖87
圖6.17邊界自由-自由2700楔角平板在纖維角度改變時之最小
特徵值分佈圖88
圖6.18邊界自由-自由3300楔角平板在纖維角度改變時之最小
特徵值分佈圖88
圖6.19邊界夾持-夾持纖維角度00平板在楔角改變時之最小特
徵值分佈圖89
圖6.20邊界夾持-夾持纖維角度900平板在楔角改變時之最小特
徵值分佈圖89
圖6.21邊界自由-夾持纖維角度00平板在楔角改變時之最小特
徵值分佈圖90
圖6.22邊界自由-夾持纖維角度900平板在楔角改變時之最小特
徵值分佈圖90
圖6.23邊界自由-自由纖維角度00平板在楔角改變時之最小特
徵值分佈圖91
圖6.24邊界自由-自由纖維角度900平板在楔角改變時之最小特
徵值分佈圖91
圖6.25劉皇興[4]的邊界自由-自由楔角2700改變纖維角度對最
小特徵值的影響示意圖92
1. Williams, M. L., “Stress Singularities Resulting Form Various Boundary Conditions in Angular Corners of Plates in Extension,” Journal of Applied Mechanics, 74, 526-528 (1952).
2. Williams, M. L., “On the Stress Distribution at the Base of a Stationary Crack,” Journal of Applied Mechanics, 79,109- 114(1957).
3. Williams, M. L., “The Bending Stress Distribution at the Base of a Stationary Crack,” Journal of Applied Mechanics, 82, 78-82(1961).
4. 劉皇興, “承受橫向負荷楔形平板應力奇異性之理論和實驗探討,”國立清華大學動力機械工程研究所碩士論文(1999).
5. Liu, S., Kutlu, Z. and Chang, “Matrix Cracking and Delamination in Laminated Composite Beams Subjected to a Transverse Concentrated Line Load,” Journal of Composite Materials, 27(5), 437-469(1993).
6. Jih, C. J. and Sun, C. T., “Prediction of Delamination in Composite Laminates Subjected to Low Impact,” Journal of Composite Materials, 27(7), 684-701(1993).
7. Doxsee, L.E., Rubbrecht, P. and Verpoest, I., “Delamination Growth in Composite Plates Subjected to Transverse Loads,” Journal of Composite Materials, 27(8), 764- 782(1993).
8. Wang, J. and Karihaloo,B. L., “Fracture Mechanics and Optimization-A Useful Tool for Fibre—reinforced Composite Design,” Composite Structures, 32, 453-466(1995).
9. Huang, T. F. and Chen, W. H., “On the Free-Edge Stress Singularity of General Composite Laminates Under Uniform Axial Strain,” Int. J. Solids Structures, 31(22), 3139-3151(1994).
10. Maji, A. K., Wang, J. L. and Lovato, J., “Electronic Speckle Pattern Interferometry for Fracture Mechanics Testing,” Exp. Tech., 15(3),19-23(1991).
11. Moore, J. and Tyrer, J. R., “Electronic Speckle Pattern Interferometer for Complete In-Plane Displacement Measurement,” Measurement Science and Technology, 1(10), 1024-1030(1990).
12. Greath, K., “Phase-Shifting Speckle Interferometry,” Applied Optics, 24, 3053-3058(1985).
13. Butters, N. and Leendertz, J. A., “Holographics and video Techniques Applied to Engineering Measurement,” Journal of Transactions of the Institute of Measurement and Control, 4, 349-354(1971).
14. Biedermann, K. and Erk, L., “A Recording and Display System for Hologram Interferometry with Low Resolution Imaging Devices,” J. Phys. E: Scientific Instruments, 8, 571-576(1975).
15. Lokberg, O. J. and Hogmoen, K., “Vibration Phase Mapping Using Electronic Speckle Pattern Interferometry,” Applied Optics, 15, 2701-2704(1976).
16. Mamo, J. T. and Vikhagen, E., “Vibration Analysis of a Car Body by Means of TV-holography,” Exp. Tech.,12, 28-30(1988).
17. Moore, J. and Tyrer, J. R., “Phased-stepped ESPI and Moire Interferometry for Measuring Stress-Intensity Factor and J Intgral,” Experimental Mechanics, 35, 306-314(1995).
18. Liu, Y. T. and Shang, H. M., “Single Mode Optical Fiber Electronic Speckle Pattern Interferometry,” Optics and Lasers in Engineering, 25, 103-109(1996).
19. 陳誠源, “平板承受橫向荷重之半級光彈法分析,”國立清華大學動力機械工程研究所碩士論文(1987).
20. Ugural, A. C., Stresses in Plates and Shells, McGraw-Hill, Inc., New York(1999).
21. Lukasiewicz, S., Local Loads in Plates and Shells, PWN-Polish, Inc., Poland(1979).
22. Gibson, R. F., Principles of Composite Material Mechanics, McGraw-Hill, Inc., New York(1994).
23. Lekhnitskii, S. G., Anisotrpic Plates, Gordon and Breach, Inc., New York(1968).
24. Irwin, G. R., Barker, D. B., Sanford, R. J., Fourney, W. L., Metcalf, J. T., Shukla, A. and Chona, R.. “Photoelastic Studies of damping, Crack Propagation, and Crack Arrest in Polymers and 4340 Steel.” NUREG/GR-1455, University of Maryland, College Park, Maryland(1980).
25. ”Mathematica,” Version 3.0, Wolfram Research,Inc., New York(1997).
26. “SURFER,” Version 5.01, Surface Mapping System,Golden Software, Inc., Golden, Colorado, U.S.A.
27. 戴江漢, 黃吉宏和邱燦賓, ”複合料製程與檢測實驗”, 國立清華大學動力機械工程研究所期末報告(1993).
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top