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研究生:賴俊忠
研究生(外文):Chiun-Chung Lai
論文名稱:纏繞式複合材料圓柱殼結構之衝擊行為研究
論文名稱(外文):A Study on Impact of Filament-Wound Composite Cylindrical Structures
指導教授:金大仁金大仁引用關係
指導教授(外文):Tai-Yan Kam
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:機械工程系
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:1999
畢業學年度:87
語文別:中文
論文頁數:71
中文關鍵詞:纏繞式複合材料
外文關鍵詞:Winding Composite material
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本文利用類似Mindlin一階剪變形理論方法及全域座標、曲面座標、材料座標之間的轉換式,建立了雙曲率殼元素的理論。並以此理論所建立的有限元素模型來分析纏繞式圓柱管件受到側向衝擊力作用下的力學行為。
為了實驗上的方便,本文將採用半圓柱管件來模擬圓柱管件。在靜態的分析上,以靜態凹壓實驗方法求得三階段接觸定律的常數,並以實驗方法討論當纏繞厚度或纏繞角度改變時,各組試片在受到同一側向力作用下在力學分析上是否產生影響。同時並討論纏繞式三明治半圓管在受到上述力作用時,內外層纏繞角及厚度的改變是否會影響其力學行為。
動態衝擊分析上,由三階段接觸定律去預測衝擊的接觸力及時間,並與實驗值做一比較。而後以實驗方法討論纏繞的厚度及角度是否會對其衝擊行為構成影響,並研究三明治半圓管受衝擊作用時,內外層纏繞角度及厚度對於衝擊行為的影響。

The von Karman-Mindlin theory and transformation matrixes between global, surface and material coordinate are used to create the bicurvature shell element in this paper. The finite element method based on the bicurvature shell element is used to study the mechanical behavior of winding composite cylindrical structure subjected to a lateral impact load.
Semicylindrical structures are used to simulate full cylindrical structures for the convenience in experiment. We use the static indentation test to derive the constants in contact laws. According to the static experiment, we can get the static mechanical behavior after changing the winging thickness or angle. So does the semicylindrical sandwich structure.
In impact analysis, we use contact laws to forecast contact load and contact time, and compare with the value of experiment. Close agreements between the experimental and theoretical results have been observed. According to the impact experiment, we can find any changing condition by changing winding thickness or angle. We also know whether the impact behavior of the sandwich structure subjected to a lateral impact load will changed by changing winding angle or thickness for inner or outer layer.

目 錄
中文摘要i
英文摘要ii
誌謝iv
目錄v
表目錄vii
圖目錄viii
第一章 緒論1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧2
1.3 研究方法3
第二章 雙曲率殼元素理論5
2.1 元素的幾何定義 5
2.2 位移場的假設 6
2.3 應力與應變的定義8
2.4 勁度矩陣的推導9
2.5 靜態平衡方程式12
2.6 動態平衡方程式13
第三章 衝擊問題分析16
3.1 接觸定律的建立 16
3.2 Newmark*s定加速積分法19
3.3 數值分析流程 22
第四章 纏繞式複合材料管件試片的製作與實驗方法24
4.1 材料性質簡介 24
4.2 纏繞式圓柱複材管及三明治管的製作24
4.3 靜態凹壓試驗 26
4.4 動態衝擊試驗 27
第五章 分析結果及實驗討論29
5.1 靜態凹壓實驗 29
5.2 理論與實驗值比較32
5.3 動態衝擊實驗 33
第六章 結語 36
參考文獻 38
附錄A 質量矩陣的定義40
表 目 錄
表(一):衝擊物之性質一覽表41
表(二):纏繞式碳纖維管件之材料性質41
表(三):纏繞式半圓柱複材管件接觸定律之常數表42
表(四):纏繞式半圓柱複材三明治管件接觸定律之常數表42
圖 目 錄
圖(一)殼元素模擬圓柱殼之示意圖43
圖(二)殼元素之座標轉換示意圖44
圖(三)位移場的假設及元素之材料座標45
圖(四)半圓柱管之凹陷量示意圖45
圖(五)數值分析流程圖46
圖(六)水溶性空心圓柱砂模47
圖(七)纏繞圓柱用之心模47
圖(八)SUPERVEGA纏繞機48
圖(九)周向、螺旋、極向纏繞示意圖48
圖(十)將心模架於纏繞機上49
圖(十一)樹脂加溫成型曲線49
圖(十二)將纏繞完成之試件及輔助材一起送入烤箱加溫硬化50
圖(十三)將兩半徑不同之試片固定以倒入調製好之發泡材50
圖(十四)半圓柱複材三明治管件51
圖(十五)靜態凹壓實驗配置圖51
圖(十六)靜態凹壓試驗用之夾具及位移計52
圖(十七)凹陷量的量測方法52
圖(十八)靜態凹壓試驗配置圖之近照53
圖(十九)試片之邊界示意圖53
圖(二十)纏繞式三明治半圓管在靜態凹壓試驗下的力學分析圖54
圖(二十一)衝擊試驗機及荷重元之訊號放大器55
圖(二十二)資料記錄系統55
圖(二十三)在纏繞角度相同、厚度不同之情況下,點壓實驗施力及卸力過程中,接觸力與凹陷量的比較圖56
圖(二十四)在纏繞角度不同、厚度相近之情況下,點壓實驗施力及卸力過程中,接觸力與凹陷量的比較圖57
圖(二十五)一般纏繞半圓管之平均施力圖58
圖(二十六)纏繞半圓柱殼之最大凹陷量與永久凹陷量之關係圖59
圖(二十七)三明治半圓柱殼在纏繞角度相同、內層厚度不同之情況下,點壓實驗施力及卸力過程中,接觸力與凹陷量的比較圖60
圖(二十八)三明治半圓柱殼在纏繞角度相同、外層厚度不同之情況下,點壓實驗施力及卸力過程中,接觸力與凹陷量的比較圖61
圖(二十九)三明治半圓柱殼在纏繞厚度近似、內層角度不同之情況下,點壓實驗施力及卸力過程中,接觸力與凹陷量的比較圖62
圖(三十)三明治半圓柱殼在纏繞厚度近似、外層角度不同之情況下,點壓實驗施力及卸力過程中,接觸力與凹陷量的比較圖63
圖(三十一)三明治結構之纏繞半圓管平均施力圖64
圖(三十二)纏繞半球形三明治殼之最大凹陷量與永久凹陷量之關係圖65
圖(三十三) 之纏繞式複材半圓柱管件在受衝擊力作用下(初速v=1m/sec)之中央接觸力收斂圖66
圖(三十四) 之纏繞式複材半圓柱管件在受衝擊(初速v=1m/sec)後理論與實驗值之比較圖67
圖(三十五)在纏繞角度相同、厚度不同之情況下,受初速v=1m/sec衝擊之行為分析比較圖68
圖(三十六)在纏繞角度不同、厚度相近之情況下,受初速v=1m/sec衝擊之行為分析比較圖69
圖(三十七)三明治殼在纏繞角度相同、內外層厚度各不同之情況下,受v=1m/sec衝擊之力學行為分析比較圖70
圖(三十八)三明治殼在纏繞厚度近似、內外層角度各不同之情況下,受v=1m/sec衝擊之力學行為分析比較圖71

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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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