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研究生:陳昕弢
研究生(外文):Chen Hsin Tao
論文名稱:溫度對複合材料補強介面裂縫之影響
指導教授:郭其珍郭其珍引用關係
指導教授(外文):Go Cheer Germ
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:土木工程學系
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
論文頁數:33
中文關鍵詞:溫度裂縫介面複合材料
外文關鍵詞:TemperatureCrackInterfaceF.R.P.
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摘 要
結構物的補強,為土木界重要的課題,但是一般補強工程的設計,並無考慮混凝土與複合補強材料於交介面處可能產生的裂縫問題,這些裂縫會使補強構件在承受負載或溫度效應時,產生不同的行為模式,甚至造成破壞。本文主要探討複合材料補強構件於交介面處含有裂縫時,溫度之影響。同時藉由無限小元素分割與疊代計算的便利性,不僅可以使所需輸入的資料大為減少,更可以節省電腦儲存的容量,使運算速度更迅速且達到相當的精度。
再者,以數值分析的方法,探討碳纖維複合補強材料,針對不同溫度環境與不同裂縫長度下,其應力狀態與補強強度之折減率。
目 錄
摘要 ….………………………………………………………….………Ⅰ
目錄 ……………………………………………………………..………Ⅱ
圖目錄 ……………………………………………………………….. Ⅳ
表目錄 ………………………………………………………….………Ⅴ
符號說明 …………………………………………………………….. Ⅵ
第一章 緒論 ………………………………………………………….1
1-1 研究背景 ……………………………………………………..1
1-2 研究動機 ……………………………………………………2
1-3 研究方法 ……………………………………………………3
1-4 本文架構 ……………………………………………………4
第二章 文獻回顧 …………………………………………………….5
2-1 纖維強化材料 ………………………………………………..5
2-1-1 玻璃纖維 ………………………………………………5
2-1-2 碳纖維 ………………………………………………….6
2-1-3 克維拉纖維 ……………………………………………6
2-2 基材 ……………………………………………………………7
2-3 纖維-基材之介面 ………………………………………….7
第三章 分析方法 ………………………………………………………9
3-1 平面形狀相似元素勁度矩陣相等 ………………………9
3-2 平面形狀相似元素受熱效應之等值節點荷重向量與相
對應邊長成比例 ………………………………………….13
3-3 奇異點元素等比例分割 …………………………………..14
3-4 平衡方程式之合併化簡 …………………………………..15
第四章 溫度於補強之折減 ………….………..………………….18
4-1 裂縫尖端附近應力奇異性階數 ………………………….19
4-2 不同溫度對裂縫尖端應力之影響 ………………………20
4-3相同溫度下裂縫長短與補強強度 …..……………..21
4-3-1 應力強度折減率 …………………………………….21
4-3-2 破裂強度 …………………………………………....21
第五章 結語 …………………………………………………………..22
參考文獻 ……………………………………………………………….24
圖 目 錄
(圖一) 破裂力學三種開裂模式 ……………………………….…27
(圖二) 裂縫尖端附近應力 與座標 ………………………….27
(圖三) 奇異點O等比例分割示意圖 ……………………………28
(圖四) 本文試體模型示意圖 …………………………………….28
(圖五) 本文分割方式示意圖 …………………………………….29
(圖六) 20層時應力奇異性階數 …………….………………..30
(圖七) 25層時應力奇異性階數 ……………………………...30
(圖八) 30層時應力奇異性階數 ………………………………31
(圖九) 裂縫端KI比值對溫度變化圖 …….……………………31
(圖十) 應力強度折減率對裂縫長度圖 …………………………32
(圖十一) 裂縫端KI比值對裂縫長度圖 ………………………32
表 目 錄
(表一) 切割層數對應應力奇異性階數之數值 ………….…….33
(表二) KI比值對溫度變化 ………………………………………..33
(表三) 折減率相對於裂縫長度 ………………………………….33
參 考 文 獻
1.李有豐、朱國棟、張國鎮、黃震興、王仲宇等,“FRP複合材料補強橋墩設計準則之研究”,交通部科技顧問室,1999.
2.林至聰、吳泓勳,“FRP圍束中強度混凝土材料補強之試驗研究”,中華民國第五屆結構工程研討會論文集,
pp. 935-936,2000.
3.陳清泉、林信成、張世東,“RC構架經FRP補強後之能力分析研究”,中華民國第五屆結構工程研討會論文集,
pp. 943,2000.
4.翁慶隆、柯正中、莊毓蕙、沈賢、廖桂宜,“複材補強應用於橋樑修補之研究”,行政院公共工程委員會,1998.
5.吳忠輝,“預力玻纖材料應用於R.C樑修補之研究”,國立中興大學土木工程研究所碩士論文,pp. 3,1999.
6.洪熒璞,“水泥混凝土裂縫維修與貼片補強之研究”,國立中央大學土木工程研究所碩士論文,pp. 25-28,1999.
7.G. C. Sih,“On the Singular Character of Thermal Stresses Near a Crack Tip”,ASME Journal of Applied Mechanics,
Vol. 29,pp. 587-589,1962.
8.F. Erdogan,“Stress Distribution in Bonded Dissimilar Materials With Cracks”,ASME Journal of Applied
Mechanics,Vol. 32,pp. 403-410,1965.
9.Klod Kokini,“Material Compatibility in Interfacial Transient Thermal Fracture of Ceramic-to-Metal Bonds”,ASME Journal of Applied Mechanics,Vol. 55,pp. 767-772,
1988.
10.An-Yu Kuo,“Interface Crack Between Two Dissimilar Half Spaces Subjected to a Uniform Heat Flow at Infinity-Open Crack”,ASME Journal of Applied Mechanics,Vol. 57,pp.
359-364,1990.
11.C. G. Go、Y. S. Lin,“Infinitely Small Element for the Problem of Stress Singularity”,Computer & Structures,Vol.
37,No. 4,pp. 547-551,1990.
12.C. G. Go、Y. S. Lin,“Infinitely Small Element for the Dynamic Problem of a Cracked Beam”,Engineering Fracture
Mechanics,Vol. 48,No. 4,pp. 475-482,1994.
13.張志純,“纖維混成複合材料之應用”,徐氏基金會出版,1989.
14.高宗祺,“纖維貼片補強鋼筋混凝土樑受載行為研究”,國立交通大學土木工程研究所碩士論文,pp. 1-8,1998.
15.林義雄,“應力奇異性分布之無限小元素分析”,國立中興大學土木工程研究所碩士論文,1988.
16.王東榮,“改良無限小元素於破裂之分析”,國立中興大學土木工程研究所碩士論文,1990.
17.龔德,“二維度無限小元素在雙重材料受熱效應之分析”,國立中興大學土木工程研究所碩士論文,1992.
18.J. L. Bogdanoff,“Note on Thermal Stresses”,ASME Journal of Applied Mechanics,Vol. 21,pp. 88,1954.
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