在實際工程應用中，無論是經過焊接或是一體成型，十字形結構十分的常見。但是，在這種連接的地方，都無法避免應力集中現象的產生。應力集中現象是造成疲勞裂縫起始的重要原因，若是在構件中產生疲勞裂縫，將嚴重危及其安全性，甚至會造成無數的生命財產損失。
雖然目前的結構設計已有應力強度因子手冊可參考，但手冊包含的幾何外型有限，無法對每一種應用的結構提供解答。本分析針對常見的焊道之weld toe crack作詳盡的分析，提供應力集中修正因子Mk，來補充手冊的不及之處，並和現存文獻的預測結果相比較，以期能作為weld toe crack部份的安全性評估的參考。並且對weld toe處常發生的undercut缺陷也作了相關的分析。
BWR/6型的核電廠燃料棒導板樑交接處也有類似weld toe的幾何外型，本論文中對核電廠可能受到的荷重來作整體分析，並探討這些荷重對於此種幾何外型的構件帶來的影響。

第一章 緒論 1
1.1 前言…………………………………………………………… 1
1.2 研究動機與目的……………………………………………… 3
第二章 十字形結構問題簡介與理論背景 12
2.1 Weld toe crack部份……………………………………….. 12
2.1.1 Weight function method………………………………. 13
2.1.2 應力集中修正因子法………………………………….. 19
2.1.3 Weld toe應力場分佈的量測與計算………………….. 22
2.1.3.1 實驗量測法……………………………………….. 22
2.1.3.2 Notch tip近似法…………………………………. 23
2.1.3.3 有限元素計算法………………………………….. 24
2.2 核電廠導板部份……………………………………………. 30
2.3 破壞力學理論背景…………………………………………. 34
2.3.1 應力強度因子…………………………………………. 34
2.3.2 The Griffith criterion…………………………….. 37
2.3.3 J積分值的意義與其特性……………………………… 39
第三章 分析步驟與方法 43
3.1 分析工具……………………………………………………. 43
3.2 裂縫尖端元素………………………………………………. 43
3.3 模型組件的建立……………………………………………. 45
3.3.1 Fillet weld分析…………………………………….. 45
3.3.1.1 Weld toe crack部份……………………………. 45
3.3.1.2 Undercut分析……………………………………. 46
3.3.2 核電廠導板模型……………………………………….. 47
3.3.2.1 整體分析部份…………………………………….. 47
3.3.2.2 核電廠導板樑交接處部份……………………….. 48
3.4 分析方法……………………………………………………. 50
3.4.1 Weld toe crack部份…………………………………. 50
3.4.2 核電廠導板部份………………………………………. 51
3.4.2.1 整體分析部份……………………………………. 51
3.4.2.2 樑交接處細部分析部份…………………………. 53
第四章 結果與討論 58
4.1 分析結果……………………………………………………. 58
4.1.1 Weld toe crack部份…………………………………. 58
4.1.2 Undercut部份…………………………………………. 59
4.1.3 核電廠導板部份………………………………………. 59
4.2 結果討論……………………………………………………. 98
4.2.1 Weld toe crack部份……………………………….. 98
4.2.2 Undercut部份……………………………………….. 101
4.2.3 核電廠導板部份…………………………………………. 101
第五章 結論 104
5.1 Weld toe crack部份……………………………………… 104
5.2 核電廠導板部份…………………………………………… 105
參考文獻 107

[1]L. Koellhoffer, A.F. Manz, and E.G. Hornberger, Welding Processes and Practices,(1988)
[2]X.R. Wu, and A.J. Carlsson, Weight Functions and Stress Intensity Factor Solutions, (1991)
[3]X. Niu, and G. Glinka, The Weld Profile Effect on Stress Intensity Factors in Weldments, International Journal of Fatigue, (1987)
[4]H.J. Petroski, and J.D. Achenbach, Computation of the Weight Function From a Stress Intensity Factor, Engineering Fracture Mechanics, (1978)
[5]H.F. Bueckner, Z. Angweandte Mathemat. Mechan,51,97-109 (1971)
[6]N. Hasebe and M. Ueda, Bulletin of the JSME 42, No 189, 483-448 (1981)
[7]X. Niu, and G. Glinka, The Weld Profile Effect on Stress Intensity Factors in Weldments, International Journal of Fatigue, (1987)
[8]A. Hobbacher, Stress Intensity Factors of Welded Joints, Engineering Fracture Mechanics, (1993)
[9]A. Hobbacher, Stress Intensity Factors of Plates Under Tensile Load with Welded-on Flat Side Gussets, Engineering Fracture Mechanics, (1992)
[10]P. Albrecht and K. Yamada, Rapid calculation of stress intensity factors, J. Struct. Div., ASCE, (1977)
[11]H.L.J. Pang, Analysis of Weld Toe Profiles and Weld Toe Cracks, International Journal of Fatigue, (1993)
[12]J. Schijve, The Stress Intensity Factor of Small Cracks at Notches, Fatigue of Engineering Materials and Structures, (1982)
[13]G. Glinka, Calculation of Inelastic Notch-tip Strain-Stress Histories Under Cyclic Loading, Engineering Fracture Mechanics, (1980)
[14]袁宏彥, 核電廠反應器壓力槽內部構件安全性分析, (1998)
[15]EPRI, BWR Vessel and Internals Project, (1996)
[16]D. Broek, Elementary Engineering Fracture Mechanics, (1986)
[17]J.R. Rice, A Path Independent Integral and the Approximate Analysis of Strain Concentration by Notches and Cracks, Journal of Applied Mechanics, (1968)
[18]T.R. Gurney, Fatigue of Welded Structure, (1979)
[19]M.H. Aliababdi, and D.P. Rooke, Numerical Fracture Mechanics, (1991)
[20]D. Bowness and M.M.K. Lee, Stress Intensity Factor Solutions for Semi-Elliptical Weld-Toe Cracks in T-butt Geometries, Fatigue & Engineering Material & Structure, (1996)
[21]N. E. Dowling, Fracture Mechanics, ASTM STP 677, American Society of Testing and Materials, 247, (1979)
[22]D. P. Rooke, F. I. Baratta and D. J. Cartwright, Engineering Fracture Mechanics, 14, 397, (1981)