由於科技文明的發展迅速,傳統材料已不敷應用於各種需求。因此複合材 料科學的研究因應而生。複合材料為一非均質 (heterogeneous) ,異向 性 (anisotropic) 材料,具有高強度 (high strength) 、高勁度 (high st iffness) 、及重量輕等優點,與一般金屬材料在巨觀的結構行 為上有很大之差異。複合材料係由加強纖維 (fiber) 與基質母材 (matrix) 所組成,可依設計上的需要堆疊成各種不同方向的層板,因而 造成各層膨脹方向之不同。由於複合材料成品在硬化製程之後處理 (post cure) 階段,通常是處在高溫乾環境中,與製程完成後所處之工作 環境溫度、濕度不一致,該溫差、濕度差效應會造成複合材料結構物內的 殘留應力。複合材料於硬化製程 (curing process) 完成後,受到環境因 素如溫度、濕度之影響,會產生殘留應力及翹曲變形,傳統之古典層板理 論已不足以分析此種大變形的翹曲行為。本文根據有限元素法配合 von K\'arm\'an大變位疊層板理論,納入黏彈性理論,並將複材之機械性質受 溫度、濕度之影響視為 $HTSM$ (Hygrothermorheologically Simple Material) 之行為,分析一四邊均為自由邊界之反對稱 $[0/90/0_4/90 _4/0/90]$排列方式的$AS4/3502$石墨/環氧基樹脂複合材料受溫度、濕度 作用下,層板之翹曲行為與殘留應力,進而判斷何層容易遭受破壞。本文 分析方法所得結果並與傳統瑞茲能量法 (Ritz Method) 作比較,結果顯 示傳統能量法僅針對特殊疊層板,採用特定形狀函數 (shape function) 作分析,而本文之分析方法,則無此限制,較具一般性。
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