臺灣博碩士論文加值系統

本研究旨在利用基於有限元素法之點應力準則並搭配實驗，對含橢圓孔編織複合材料平板的開孔強度進行探討。經由拉伸試驗機搭配延伸測量計所獲得平板的軸向楊氏模數與利用勁度矩陣平均法所得的計算值進行比較，其誤差為1.27%。
將計算所得的工程模數與實驗測得之破壞強度代入ANSYS軟體進行複合材料平板的拉伸分析，進而預測含橢圓孔複合材料平板之破壞強度，再將預估值與實驗值兩者進行比較，其誤差在2.5%以內。因此，本研究方式可精確的預測含橢圓孔編織複合材料平板之破壞強度。固定短軸的長度時，可以發現試片的開孔強度會隨著長軸增加而下降；反之，短短軸的變化對試片的開孔強度之影響相對甚小。

目錄
摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 vi
表目錄 ix
第一章 前言 1
1.1 引言 1
1.2 文獻回顧 5
1.3 研究動機與目的 8
1.4 章節提要 10
第二章 相關理論 11
2.1 材料性質計算 11
2.1.1 單位格子設定 11
2.1.2 混合法則 13
2.1.3 三維座標轉換 15
2.1.4 勁度矩陣平均法 18
2.1.5 纖維體積含有率之量測 19
2.2 含孔編織複合材料平板之開孔預測 21
2.2.1 點應力破壞準則 21
2.2.2 開孔試片之強度預測分析 22
第三章 實驗 24
3.1 實驗材料 24
3.2 實驗設備 26
3.3 試片製作流程 27
3.4 試片開孔加工 37
3.5 拉伸試驗 38
3.6 金相實驗 39
3.7 編織複合材料之材料性質測試 41
3.8 研究流程 42
第四章 有限元素軟體分析 44
4.1 有限元素軟體ANSYS介紹 44
4.2. ANSYS分析之流程 45
第五章 結果與討論 49
5.1 編織複合材料之材料性質驗證 49
5.2 編織複合材料平板之破壞模式 51
5.2.1 巨觀破壞模式 51
5.2.2 微觀破壞模式 52
5.3 橢圓孔洞長短軸半徑與特徵長度之關係 57
5.4 編織複合材料平板之強度預測 61
5.5 橢圓孔徑變化對編織複合材料試片破壞強度之效應 64
第六章 結論 65
參考文獻 67

















圖目錄
圖1-1 碳纖維自行車 2
圖1-2 碳纖維遙控汽車之零件示意圖(a)圓孔(b)細長孔 4
圖1-3 市面上的碳纖維織物手機保護殼 8
圖2-1 織物複合材料示意圖 12
圖2-2 單位格子示意圖 12
圖2-3 紗束波動示意圖 12
圖2-4 單位格子之紗束波動情形 15
圖2-5 極短紗束線段 15
圖2-6 座標轉換示意圖 16
圖2-7 含孔平板受拉伸應力之示意圖 21
圖3-1 複合材料平板之尺寸示意圖 27
圖3-2 碳纖維編織帶 28
圖3-3 環氧樹脂與其比重之調整 28
圖3-4 碳纖維編織帶含浸環氧樹脂之示意圖 29
圖3-5 含浸後之編織帶 30
圖3-6 真空烘箱 31
圖3-7 真空烘箱之溫度設定 31
圖3-8 量測預浸材之重量 32
圖3-9 預浸材之疊貼 32
圖3-10 熱壓機之溫度設定 33
圖3-11 預浸材置入模具之示意圖 34
圖3-12 模具熱壓之情況 34
圖3-13 複合材料平板之示意圖 35
圖3-14 複合材料試片之成品 35
圖3-15 複合材料開孔平板之尺寸示意圖 37
圖3-16 開孔之複合材料試片 37
圖3-17 材料試驗機 38
圖3-18 拋光試驗機 39
圖3-19 拋光完成之試樣 40
圖3-20 金相顯微鏡 40
圖3-21 顯微鏡下紗束波動之情況 40
圖3-22 延伸量測計(Extensometer) 41
圖3-23 讀數器 41
圖3-24 研究流程圖 43
圖4-1 .ANSYS軟體分析流程圖 45
圖4-2 編織複合材料平板模型之網格分割與網格加密區域 47
圖4-3 邊界條件之設定簡易圖 47
圖4-4 開孔平板局部放大之應力分布情況與其最大值位置 48
圖4-5 沿著孔洞邊緣Y軸方向的應力分布曲線圖 48
圖5-1 不同長軸且固定短軸之開孔試片破壞情形 51
圖5-2 試片斷裂後之破壞情形 52
圖5-3 試片切割方向之示意圖 53
圖5-4 進行金相實驗之試樣 54
圖5-5 微觀破壞模式(a)基材橫向裂紋(b)紗束裂紋(c)紗束脫層 55
圖5-6 纖維拔出 56
圖5-7 特徵長度與長軸直徑之關係(2r=2 mm) 59
圖5-8 特徵長度與長軸直徑之關係(2r=4 mm) 59
圖5-9 特徵長度與長軸直徑之關係(2r=6 mm) 60
圖5-10 開孔破壞強度與橢圓長短軸變化之關係圖 64








表目錄
表5-1 編織複合材料平板之材料性質比較 50
表5-2 碳纖維編織複合材料平板之材料性質 50
表5-3 不同孔徑之破壞強度與特徵長度 58
表5-4 含橢圓孔試片開孔強度實驗值與預測值之比較(2r=2 mm) 62
表5-5 含橢圓孔試片開孔強度實驗值與預測值之比較(2r=4 mm) 62
表5-6 含橢圓孔試片開孔強度實驗值與預測值之比較(2r=6 mm) 63

1.許明發，柯澤豪，劉顯光，郭文雄，“複合材料入門”。
2.Photo by Lexus(2013)
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22.Photo by monCarbone