臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要藉由碳纖維複合材料(Carbon fiber composite materials)之L形樑曲面薄殼零件進行熱固化成型製程參數之模擬並進行成型模具補償研究。同時探討在熱固成型(Heat cure forming)過程中，碳纖維複合材料在製程溫度的熱交換下，使固化過程中材料產生化學反應，及各種參數如熱傳導率、熱膨脹、收縮率、自催化固化動力方程式、玻璃轉化溫度與總反應熱等因素所產生的形變(Deformation)。
研究過程中使用有限元素分析法(Finite Element Method,FEM)商業套裝軟體ANSYS，須先建立材料數據庫而材料性質的部分可分為物理材料性質、機械材料性質與化學材料性質，之後分別以疊層分析、熱暫態分析與靜力分析等模組進行分析，並且分別探討溫度效應所產生的熱回彈(Springback) 、熱翹曲(Warpage)與熱收縮(Cntraction)等現象。
藉由分析結果得知，碳纖維複合材料熱固化成型因材料參數與溫度參數之影響而產生形變，並且藉由分析數據與實驗數據進行交叉比對之驗證，顯示材料機械性質、疊層角度、彎曲半徑及溫度參數將有明顯之影響，研究結果之趨勢分析現象可應用於成型模之設計，並且可有效降低實驗次數與研發成本。

In this study, the heat-curing forming process parameters were simulated by L-Shape Beams curved thin-shell parts of carbon fiber composites and the die compensation research was carried out. The finite element analysis commercial software ANSYS was used for analysis and discussed separately. Thermal Springback, thermal warpage and heat shrinkage caused by temperature effects.
According to the analysis results, the thermal curing of carbon fiber composites is deformed by the influence of material parameters and temperature parameters, and the cross-comparison of analytical data and experimenttal data is verified to show the mechanical properties, lamination angle, and bending of the material.
The radius and temperature parameters will have a signifycant impact. The trend analysis of the research results can be applied to the design of the forming die, and can effectively reduce the number of experiments and research and development costs.

封面內頁
簽名頁
中文摘要 iii
Abstract iv
誌謝 v
目錄 vi
圖目錄 ix
表目錄 xiii
第一章 緒論 1
1.1研究背景與動機 1
1.2研究目的 3
1.3研究方法與流程 4
第二章 文獻回顧 8
2.1環氧樹脂 8
2.1.1 環氧樹脂的基本構造 9
2.1.2 環氧樹脂應用於積層板之類型 12
2.1.3 環氧樹脂之固化程度 15
2.2化學動力學 15
2.2.1 阿瑞尼斯方程式 16
2.2.2 環氧樹脂的熱固成型 17
2.3古典層板理論 20
2.4濕熱效應 24
2.4.1 碳纖維複合材料性質與熱變形之關係 28
2.4.2 熱固成型溫度對熱變形之影響 29
2.5材料測試規範 29
2.6模具補償因子 34
2.7電腦輔助工程 36
第三章 研究方法 39
3.1材料測試 40
3.1.1 試片製作 40
3.1.2 拉伸實驗 44
3.2電腦模擬與分析 46
3.2.1 電腦輔助工程分析流程 47
3.2.2 CAD模型 47
3.2.3 材料性質 49
3.2.4 疊層角度與圓角之實驗組合 61
3.2.5 有限元素設定 63
3.2.6 有限元素模型 65
3.2.7 邊界條件 66
3.3實驗方法 68
3.4模具設計 72
第四章 結果與討論 76
4.1溫度與不同疊層對L樑結構的影響 77
4.1.1 溫度分布 77
4.1.2 固化程度 80
4.2趨勢分析 83
4.2.1 彎曲半徑與回彈趨勢 84
4.2.2 疊層角度與回彈趨勢 85
4.2.3 彎曲半徑與收縮趨勢 86
4.2.4 疊層角度與收縮趨勢 87
4.2.5 實驗模之實驗值的疊層角度與回彈趨勢 88
4.2.6 成型模之計算值的疊層角度與回彈趨勢 90
4.3實驗比對 92
第五章 結論與未來發展方向 94
5.1結論 94
5.2未來發展方向 96
參考文獻 97
附錄A分析數據 101

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