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論文基本資料
摘要
外文摘要
目次
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研究生:
郭士毅
研究生(外文):
Shyh-Yih Kuo
論文名稱:
含洞複合材料積層板之應力分析
論文名稱(外文):
Stress Distributions of Laminated Composite Plate with a Circular Hole
指導教授:
劉文縉
學位類別:
碩士
校院名稱:
逢甲大學
系所名稱:
機械工程學所
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:
2002
畢業學年度:
90
語文別:
中文
論文頁數:
67
中文關鍵詞:
有限元素法
、
積層板
、
應力集中
、
擬等方向性
、
正交性
外文關鍵詞:
quasi-isotropic
、
stress concentration
、
finite element method
、
laminated composite plate
、
cross-ply
相關次數:
被引用:
1
點閱:174
評分:
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書目收藏:0
摘要
含洞複合材料積層板由於其結構的特性及破壞行為之複雜性,故在作含洞複合材料積層板破壞行為分析前,必定需先了解複合材料積層板於洞口邊緣之應力分佈情況,由於含洞的負荷材料結構件受負荷時,在洞口邊緣會產生應力集中效應,而含洞複合材料積層板破壞行為也是由洞口邊緣開始破壞,因此本文主要的工作為利用現行的有限元素分析軟體ANSYS做為輔助工具探討在不同纖維排列角度的含洞複合材料積層板受拉伸負荷下,其洞口邊緣的應力分佈狀況,以作為日後破壞分析的依據。
本文的分析使用混合殼元素及實體元素的網格模型,於洞口邊緣使用實體元素,其餘部分則使用殼元素,所得結果並與全部使用殼元素及實體元素的結果比較,發現使用混合殼元素及實體元素的方式其結果較理想,運算時間也較全部使用實體元素來的短。
含洞複合材料積層板承受拉伸負荷時,發現應力集中效應會因洞口邊緣至板的邊緣距離大小而產生變化,也就是說洞口邊緣至板的邊緣愈短,其應力集中效應也就愈明顯,故整體的強度就愈不理想。
含洞擬正向性複合材料積層板其疊層方式也關係整體的強度,若以整體積層板厚度不變,而改變每一層厚度的方式,如[0/±45/90]s,[0/±45/90]2s的疊層,在相同負荷條件下,其每一種的纖維排列角度的應力分佈均相同,當相同厚度條件若以[0/±45/90]s,[0/±60]s兩種擬正向性積層板做比較,兩者的 層均為主要承受應力的結構,但[0/±45/90]s有較多種纖維排列角度,故其 層的應力集中因子會較[0/±60]s疊層的 層之應力集中因子來的低。
ABSTRACT
Owing to their favorable performance characteristics, high specific stiffness, high specific modulus, high specific strength and low weight, fiber reinforced composite materials have been gaining wide use in commercial, military and space applications. The objective of this paper is to investigate the stress distributions and the stress concentration factor around the hole of a laminated composite plate with a circular hole under uniaxial load by using ANSYS finite element program. Effects of the ply orientations, laminate thickness and laminate width to hole diameter ratio on the stress distributions are also conducted.
In the analytical model, two dimensional shell elements were used on the most region of the laminated composite plate, except for narrow zone around the hole, where fine meshes of solid elements were used. The stress distributions of an isotropic plate with a circular hole subjected to the uniaxial loading was calculated by using the suggested mixed shell/solid elements. The results are compared with the analytical elasticity solution, and a good agreement was found between them. It was also found that the mixed shell/solid model can save computation time.
It was concluded that the stress concentration factors around the hole were significantly affected by the ply orientations, ply numbers, mechanical properties of the lamina, and the ratio of plate width to the diameter of the hole. With the information of the stress concentration of the laminated plate with a circular hole, the composite structural members can be constructed to meet the specific design requirements.
目錄
摘要‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧Ⅰ
英文摘要‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧Ⅱ
目錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧Ⅲ
圖表目錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧Ⅴ
符號說明‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧Ⅷ
第一章簡介‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 1
1-1 研究動機‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧1
1-2 文獻回顧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧2
第二章應力分析模式‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧5
2-1 應力分析‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧5
2-1-1 單軸拉伸條件下複合材料板的應力分析‧‧‧‧5
2-1-2 有限元素法於應力分析‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 10
2-1-3 複合材料積層板之應力分析‧‧‧‧‧‧‧‧ 13
2-2 破壞分析‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 18
2-2-1 破壞準則‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 18
2-2-2 材料性質退化模型‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 20
第三章含洞等方性平板之應力分佈與比較‧‧‧‧‧‧‧ 21
第四章含洞複合材料積層板之應力分佈‧‧‧‧‧‧‧‧23
4-1 含洞單向性及正交性積層板之應力分佈‧‧‧‧‧ 23
4-2 含洞擬正向性(Quasi-isotropic) 積層板之應力分佈‧25
第五章結論與未來發展‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 28
參考文獻‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧31
附錄一‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 62
附錄二‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 66
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