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研究生:陳威穎
論文名稱:添加奈米二氧化矽編織複合材料含中心橢圓孔平板之破壞強度探討
論文名稱(外文):A Study of the Strength of Nano-silica/Braided Composite Plates with a Central Elliptical Hole
指導教授:蔡昆恊
口試委員:蔡昆恊黃宗立邱長塤
口試日期:2016-06-22
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:纖維與複合材料學系
學門:工程學門
學類:紡織工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:73
中文關鍵詞:奈米二氧化矽編織複合材料點應力準則特徵長度有限元素
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本研究探討添加不同含量之奈米二氧化矽對具橢圓孔編織複合材料平板開孔強度的影響,並利用有限元素軟體ANSYS與點應力準則預測不同開孔長軸半徑之編織複合材料平板的破壞強度。
研究結果顯示,添加奈米二氧化矽的試片,其軸向楊氏模數與強度皆有所提升。不論是否添加奈米二氧化矽,強度皆隨著開孔長軸半徑的增加而有下降的趨勢。此外,未添加與添加3 wt%之奈米二氧化矽試片的特徵長度皆會隨著孔洞長軸半徑的增大而有減小的趨勢。
由金相實驗結果得知,材料的破壞模式是結合了基材中的裂紋、裂紋的延伸以及纖維紗束的斷裂;從SEM觀察得知,纖維拔出與纖維斷裂皆是試片的主要破壞模式。並進一步發現奈米二氧化矽顆粒造成裂紋偏轉、奈米顆粒剝離的現象。在較高的奈米二氧化矽重量分率下,容易造成奈米粒子的團聚,進而造成破壞強度無法有效提升。
ANSYS分析結果顯示,本研究方法可以準確預測含中心橢圓孔編織複合材料平板之破壞強度,其誤差皆在1.41%以內。
致謝 I
摘要 II
Abstract III
圖目錄 VIII
表目錄 XII
第一章 前言 1
1.1 引言 1
1.2 文獻回顧 6
1.3 研究動機與目的 10
1.4 章節提要 11
第二章 原理 12
2.1 編織物複合材料之工程模數計算 12
2.1.1 單位格子 12
2.1.2 基材之模數計算 14
2.1.3 編織紗束之工程模數 15
2.1.4 三維座標轉換 17
2.1.5 勁度矩陣平均法 21
2.2 點應力破壞準則 22
2.3 開孔強度預測 24
第三章 實驗 25
3.1 實驗材料 25
3.2 實驗儀器 27
3.3 研究流程 28
3.4 試片製作 30
3.4.1 奈米二氧化矽/環氧樹脂之混合 30
3.4.2 碳纖維編織帶複合材料平板之製備 31
3.5 纖維體積含有率量測 36
3.6 紗束波動觀察 37
3.7 CNC鑽孔加工與黏貼護片 39
3.7.1 CNC鑽孔 39
3.7.2 黏貼護片 40
3.8 編織複合材料平板之材料性質與拉伸測試 41
3.8.1 材料性質測試 41
3.8.2 拉伸測試 42
第四章 有限元素軟體分析 43
4.1 有限元素法ANSYS介紹 43
4.2 ANSYS之分析流程與元素設定 45
4.2.1 前處理 46
4.2.2 求解器 48
4.2.3 後處理 49
第五章 結果與討論 51
5.1 添加奈米二氧化矽對材料性質之影響 51
5.1.1 不同添加量之奈米二氧化矽對材料性質的影響 51
5.1.2 材料性質計算與實驗值之驗證 53
5.1.3 添加3 wt%二氧化矽對試片開孔強度之影響 54
5.2 破壞模式 55
5.2.1 巨觀破壞模式 55
5.2.2 微觀破壞模式 57
5.2.3 冷場發射電子顯微鏡(SEM)之觀測 60
5.3 橢圓孔長軸半徑與特徵長度之關係 65
5.4 開孔強度預測 68
第六章 結論 69
參考文獻 71
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2.Photo by MITSUBISHI MOTORS(Tokyo, Japan)
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