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 本文以有限元素法配合彈簧模型計算預測編織物複合材料之彈性模數。本文針對編織物複合材料之菱形單位格子無法設定單位應變之問題作詳細的探討。吾人藉由設定六個獨立變形之邊界條件求得平均應變，來解決此一問題。最後再利用分析所得之平均應力、平均應變求解得到單位格子之勁度矩陣，以求得編織物複合材料的性質。 在計算分析編織物複材的材料性質時，設定了五個編織參數：編織角度、纖維體積含有率、軸向紗含有率、軸向紗波動效應及單位格子高長比，加上探討各種混編模式對材料性質之影響。結果顯示楊氏係數E11隨著編織角度的增加，會有下降的趨勢；而E22值會增加。編織角度在45°時，剪模數G12值最大。楊氏係數、剪模數皆隨纖維體積含有率增加。軸向紗含量增加時，楊氏係數E11隨之增加。剪模數G12由於編織紗含量的減少。編織紗使用碳纖維的混編模式下，楊氏係數E22值有較高的趨勢。軸向紗種類影響楊氏係數E11值的大小。編織紗為碳纖維時，剪模數G12值明顯較大。軸向紗波動效應對於編織物複合材料之彈性模數無明顯的影響。單位格子長高比增加將導致楊氏係數E11、E22、剪模數G12值增加。
 The elastic moduli of Braided Composites was analyzed and predicted using the Finite Element Method incorporated with the spring model. We solved the problem that the diamond unit cell of Braided Composites could not set the unit strain by setting six boundary conditions with the independent deformation to get average strain. When the average strain and the average stress were calculated, the elastic moduli of Braided Composites was obtained later. The five braided parameters include braid angle, fiber volume fraction, axial yarn content, axial yarn crimping effects, high/length (H/L) ratio were used to analyze the elastic moduli of Braided Composites. Moreover, the effects of hybrid were analyzed. The results show that Young’s moduli E11 decreased with the increasing braid angle. The value of shear moduli G12 that peaked for a braid angle of 45°. The young’s moduli and shear moduli increased with the increasing fiber volume fraction. Increasing the axial yarn content led to increasing the young’s moduli E11, decreasing the value of G12 . The young’s moduli E11 increased with the increasing young’s moduli of the axial or braid yarns, and the value of G12 will be decreased with the increasing young’s moduli of the braid yarns. The elastic moduli of braided composites was insensitive to the axial yarn crimping effects. The Young’s moduli and G12 increases with increasing length / high (L/H) ratio.
 目 錄 中文摘要I 英文摘要II 目錄III 圖目錄V 表目錄VII 符號意義VIII 第1章 前言1 1.1 引言1 1.2 文獻回顧3 1.3 研究動機5 第2章 理論6 2.1 彈簧模型6 2.2 有限元素法8 2.3 單位格子之平均應變與平均應力10 2.3.1 平均應變10 2.3.2 平均應力11 2.4 彈性模數之計算15 2.5 基材模數之調整16 第3章 實驗17 3.1 實驗材料17 3.2 實驗儀器17 3.3 實驗流程18 3.4 拉伸測試21 3.5 複材纖維體積含有率測試22 第4章 單位格子形狀對邊界條件的影響23 第五章 結果與討論27 5.1編織角度的影響30 5.2纖維體積含有率對材料性質的影響34 5.3軸向紗含量對材料性質的影響38 5.4混編對材料性質之影響42 5.5軸向紗波動效應（Axial Yarn Crimping Effects）對材料性質之影響46 5.6 單位格子長高比對材料性質之影響50 第六章 結論53 參考文獻54 作者簡介及致謝56 圖 目 錄 圖2-1 彈簧模型略圖6 圖2-2 單位格子模型11 圖2-3 單位格子沿X方向切割之薄片12 圖2-4 單位格子沿Y方向切割之薄片14 圖3-1 單層碳纖維編織積層板之實驗流程圖19 圖3-2 三層碳纖維編織積層板之實驗流程圖20 圖3-3 拉伸測試試片之（A）正視圖及（B）側視圖21 圖4-1 編織物之單位格子23 圖4-2 梭織物之單位格子23 圖4-3 單位格子 1 24 圖4-4 單位格子 224 圖4-5 Test 124 圖4-6 Test 224 圖4-7 Test 324 圖4-8 Test 424 圖4-9 標準值與四種不同邊界條件下之楊氏係數關係圖25 圖4-10 標準值與四種不同邊界條件下之剪模數關係圖26 圖5-1 2-D三軸編織物單位格子示意圖27 圖5-2 編織物複合材料單位格子mesh之示意圖28 圖5-3 沿編織紗方向之金相顯微照片29 圖5-4 2-D三軸編織物之單位格子30 圖5-5 各編織角度下單位格子之示意圖31 圖5-6 編織角度與楊氏係數關係圖31 圖5-7 編織角度與剪模數關係圖32 圖5-8 編織角度與蒲松比關係圖33 圖5-9 四種編織角度下，纖維體積含有率與楊氏係數E11之關係圖34 圖5-10四種編織角度下，纖維體積含有率與楊氏係數E22之關係圖35 圖5-11四種編織角度下，纖維體積含有率與剪模數G12之關係圖36 圖5-12四種編織角度下，纖維體積含有率與蒲松比ν12之關係圖36 圖5-13四種編織角度下，纖維體積含有率與蒲松比ν21之關係圖37 圖5-14四種編織角度下，軸向紗含量與楊氏係數E11之關係圖38 圖5-15四種編織角度下，軸向紗含量與楊氏係數E22之關係圖39 圖5-16四種編織角度下，軸向紗含量與剪模數G12之關係圖40 圖5-17四種編織角度下，軸向紗含量與蒲松比ν12之關係圖40 圖5-18四種編織角度下，軸向紗含量與蒲松比ν21之關係圖41 圖5-19四種編織角度下，各種混編模式與楊氏係數E11之關係圖42 圖5-20四種編織角度下，各種混編模式與楊氏係數E22之關係圖43 圖5-21四種編織角度下，各種混編模式與楊氏係數E22之關係圖44 圖5-22四種編織角度下，各種混編模式與蒲松比ν12之關係圖45 圖5-23四種編織角度下，各種混編模式與蒲松比ν21之關係圖45 圖5-24 模擬軸向紗波動時之軸向紗分佈圖46 圖5-25 沿軸向紗方向截面之金相顯微照片47 圖5-26 長高比與楊氏係數E11之關係圖49 圖5-27 長高比與楊氏係數E11關係圖50 圖5-28 長高比與楊氏係數E22關係圖51 圖5-29 長高比與剪模數G12關係圖51 圖5-30 長高比與蒲松比ν12關係圖52 表 目 錄 表4-1 四種邊界條件之設定25 表5-1 纖維和基材之材料性質29 表5-2 編織角度為60°時，於軸向紗不同波動程度下所得之材 料彈性模數值47
 1.Rajiv A. Naik, Peter G. Ifju and John E. Masters, “Effect of Fiber Architecture Parameters on Deformation Fields and Elastic Moduli of 2-D Braided Composites,” Journal of Composite Materials, Vol. 28,No. 7, 1994, 656-681.2.Rajiv A. Naik, “Failure Analysis of Woven and Braided Fabric Reinforced Composites,” Journal of Composite Materials, Vol. 29, No. 17, 1995, 2334-2363.3.L. V. Smith and S. R. Swanson, “Micro-Mechanics Parameters Controlling The Strength of Braided Composites,” Composites Science and Technology 54, 1995, 177-184.4.L. V. Smith and S. R. Swanson, “Strength Design With 2-D triaxial Braid Textile Composites,” Composites Science and Technology 56, 1996, 359-365.5.L. V. Smith and S. R. Swanson, “Comparsion of The Biaxial Strength Properties of Braided and Laminated Carbon Fiber Composites,” Composites: Part B, 27b, 1996. 71-77.6.Timothy L. Norman, Colin Anglin, David Gaskin and Michael Patrick, “Normal Stress Distribution of Notched 2D Triaxial Braided Textile Composites and Tape Equivalent Under Tension,” Journal of Composites Materials, Vol. 30, No. 5, 1996, 589-602.7.John E. Masters and Peter G. Ifju, “A Phenomenological Study of Triaxially Braided Textile Composites Loaded in Tension,” Composites Science and Technology 56, 1996, 347-358.8.Vistasp M. Karbhari, “Energy Absorption Characteristics of Hybrid Braided Composite Tubes,” Journal of Composite Materials, Vol. 31, No. 12, 1997, 1164-1186.9.Vistasp M. Karbhari, J.E. Haller, P.K. Falzon and I. Herszberg, “Post-impact Crush of Hybrid Braided Composite Tubes,” International Journal of Impact Engineering, 22, 1999, 419-433.10.Paul J. Falzon and Israel Herszberg, “Mechanical Performance of 2-D Braided Carbon/Epoxy Composites,” Composites Science and Technology 58, 1998, 253-265.11.Vincenzo Savino and Tsu-Wei Chou, “Mechanical Characterization of Triaxially Braided Hybrid Composites,” Polymer Composites, Vol.19, No. 4, 1998, 473-486.12.Alison C. West and Daniel O. Adams, “Axial Yarn Crimping Effects in Braided Composite Materials,” Journal of Composite Materials, Vol. 33, No. 5, 1999, 402-418.13.Bin Lian, Li Jiang, J.J. McGrath and John Jaranson, “Quantitative Determination of Morphological Feature of Triaxially Braided Composites by the Use of Machine Vision,” Composites Science and Technology 60, 2000, 159-166.14.A.-M. Harte and N. A. Fleck “Deformation and Failure Mechanisms of Braided Composite Tubes Compression and Torsion,” Acta Materialia 48, 2000, 1259-1271.15.Anne-Marie Harte and Norman A. Fleck, “On the Mechanics of Braided Composites in Tension,” Eur. J. Mech. A/Solids 19, 2000, 259-275.16.林昌鼎, “梭織物複合材料性質之分析與預測,” 逢甲大學紡織工程研究所碩士論文, 1999.
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 1 梭織物複合材料性質之分析與預測 2 梨子的振動頻譜與物性之研究 3 以有限元素法及彈簧模型預測織物複合材料的性質 4 預測梭織物複合材料之熱膨脹係數 5 底層粒料厚度與彈性模數對機場剛性鋪面強度影響之研究─以FEM與DDA分析法為例

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 1 編織物複合材料三明治結構之材料性質分析與預測 2 彈簧模型預測編織複合材料彈性模數之研究 3 複合式結構壓力容器設計之探討 4 含中心孔梭織混層複材平板之強度探討 5 針縫參數對碳纖維編織複合材料混合模式破壞韌性之影響 6 編織角度對複合材料螺旋彈簧疲勞性質研究 7 雙向彈性聚醯胺織物行拔染技術之研究 8 功能性竹炭彈性複合紗/織物製程技術及其物性評估 9 小型風力發電機複合材料葉片研製與材料機械性能之探討 10 針縫補強碳纖維/環氧樹脂複合材料之製程與破損分析 11 編織物包覆鋁合金混成複材管件之材料性質分析與預測 12 預測梭織物複合材料之熱膨脹係數 13 梭織物複合材料性質之分析與預測 14 碳纖維編織物包覆鋁合金複合材料圓管彎曲疲勞破損行為之研究 15 以有限元素法及彈簧模型預測織物複合材料的性質

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