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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳宗王武
研究生(外文):Tsung-Wu Chen
論文名稱:微構件剖面對脆性蜂巢材料強度之影響
指導教授:黃忠信黃忠信引用關係
指導教授(外文):Jong-Shin Huang
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:土木工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:91
中文關鍵詞:蜂巢材料
外文關鍵詞:Honeycomb
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摘要
細胞型材料因具備質量輕、低熱傳導與高吸能等優點,已廣泛應用於輕質結構工程上。細胞型材料於土木結構上之應用首推三明治層版結構,其心材通常是由具變斷面微觀構件之蜂巢或泡沫材料所構成,且其力學行為將隨微觀構件幾何形狀不同而有所改變。本文利用偉布分析及線彈性破壞力學理論,首先研究具有變斷面微觀構件之蜂巢材料,於承受單軸載重作用下之力學行為,分別針對蜂巢材料中含巨觀裂紋與否及變斷面微觀構件中有無微裂紋存在,分析此類材料之破裂性質。結果發現不含巨觀裂紋之蜂巢材料於單軸載重作用下,存在一最佳形狀之微觀構件,以獲得最大之單軸強度,此外,存在於微觀構件中之微小裂紋,因大小、分佈及多寡不同,使得蜂巢材料之破裂模數並非定值。另外,利用有限元素套裝軟體ABAQUS建立具變斷面微觀構件蜂巢結構之分析模型,對含有巨觀裂紋之蜂巢材料進行數值分析,求得於不同相對密度及微觀構件幾何形狀條件下,蜂巢結構之破裂韌性及快速脆性破壞強度,且經分析與整理獲得最佳化微結構設計公式。最後,則考慮雙軸載重對蜂巢材料破壞之影響,建立具變斷面微觀構件脆性蜂巢材料之雙軸破壞包絡面。
目錄
摘要. I
誌謝. II
目錄.III
表目錄. V
圖目錄. VI
第一章 緒論. 1
1.1 前言. 1
1.2 研究動機及目的. 3
1.3 本文內容與組織. 3
第二章 相關理論與文獻回顧. 7
2.1 微觀構件幾何形狀與力學分析.7
2.2 蜂巢材料之破裂韌性.9
第三章 不含一巨觀裂紋之蜂巢材料. 16
3.1 蜂巢結構之重複單元.16
3.2 微觀構件不含任一微觀裂紋.19
3.3 微觀構件含一微觀裂紋之蜂巢材料.20
3.3.1 微觀裂紋對破裂模數之影響.20
3.3.2 微觀裂紋對抗壓強度之影響.24
3.3.3 微觀尺寸效應. 25
3.4 最佳化幾何形狀.29
第四章 含一巨觀裂紋之蜂巢材料.52
4.1 數值分析模式. 52
4.2 應力分析.53
4.3 最佳化幾何形狀. 55
第五章 脆性蜂巢材料之雙軸破壞包絡面. 75
5.1 軸力效應對破裂模數之影響. 75
5.2 雙軸破壞包絡面.77
第六章 結論.88
參考文獻. 89

表目錄
表3-1 不同 狀態下,所對應之微觀參數值
(a) 相對密度 .28
(b) 相對密度 .28
(c) 相對密度 .29
表3-2 相對密度 及 狀態之微觀參數 .30
表3-3 最佳幾何形狀下之蜂巢材料抗壓強度.30
表4-1 含一巨觀裂紋蜂巢材料承受 載重之數值分析結果
(a) .56
(b) .56
(c) .57
(d) .57
表4-2 含一巨觀裂紋蜂巢材料承受 載重之數值分析結果
(a) .58
(b) .58
(c) .59
(d) .59
表4-3 含一巨觀裂紋蜂巢材料承受 載重之最佳幾何形狀.60
表4-4 含一巨觀裂紋蜂巢材料承受 載重之最佳幾何形狀.60

圖目錄
圖1.1 典型細胞型材料之微觀結構(a)蜂巢材料(b)連通型泡沬材料(c)封閉型泡沬材料. 5
圖1.2 典型之三明治層板結構. 6
圖2.1 泡沫鋁之掃描圖. 13
圖2.2 變斷面蜂巢結構之重複單元幾何形狀示意圖. 14
圖2.3 不同 值所對應之微觀桿件幾何形狀示意圖.14
圖2.4 重複單元之尺寸示意圖.15
圖2.5 由圓弧所構成之蜂巢結構.15
圖3.1 具變斷面微觀構件之蜂巢結構單元示意圖.31
圖3.2 具變斷面之微觀構件端點受力示意圖.32
圖3.3 不同 及 下,變斷面微觀構件中發生最大應力之位置.33
圖3.4 相對密度 ,0.03,0.05和0.07之蜂巢材料,無因次化之抗拉應力與 之關係.34
圖3.5 偉布模數m=2之脆性蜂巢材料,在相對密度,0.03,0.05和0.07狀態下,G隨 不同之變化圖.35
圖3.6 偉布模數m=4之脆性蜂巢材料,在相對密度,0.03,0.05和0.07狀態下,G隨 不同之變化圖.36
圖3.7 偉布模數m=8之脆性蜂巢材料,在相對密度,0.03,0.05和0.07狀態下,G隨 不同之變化圖.37
圖3.8 偉布模數m=16之脆性蜂巢材料,在相對密度,0.03,0.05和0.07狀態下,G隨 不同之變化圖.38
圖3.9 偉布模數m=4且相對密度 之脆性蜂巢材料,在生存機率 ,0.5和0.8狀態下, 隨 不同之變化圖.39
圖3.10 生存機率度 且相對密度 之脆性蜂巢材料,在偉布模數m=2,4,8和16狀態下, 隨 不同之變化圖.40
圖3.11 生存機率度 且偉布模數m=4之脆性蜂巢材料,在相對密度 ,0.03,0.05和0.07狀態下, 隨 不同之變化圖.41
圖3.12 相對密度 且偉布模數m=2之脆性蜂巢材料,在生存機率度 ,0.5和0.8狀態下,正規化抗壓應力隨 不同之變化圖.42
圖3.13 相對密度 且偉布模數m=4之脆性蜂巢材料,在生存機率度 ,0.5和0.8狀態下,正規化抗壓應力隨 不同之變化圖.43
圖3.14 相對密度 且偉布模數m=8之脆性蜂巢材料,在生存機率度 ,0.5和0.8狀態下,正規化抗壓應力隨 不同之變化圖.44
圖3.15 相對密度 且偉布模數m=16之脆性蜂巢材料,在生存機率度 ,0.5和0.8狀態下,正規化抗壓應力隨 不同之變化圖.45
圖3.16 相對密度 且偉布模數m=2之脆性蜂巢材料,不同微觀尺寸 ,1和10狀態下,正規化抗壓應力隨 不同之變化圖.46
圖3.17 相對密度 且偉布模數m=4之脆性蜂巢材料,不同微觀尺寸 ,1和10狀態下,正規化抗壓應力隨 不同之變化圖.47
圖3.18 相對密度 且偉布模數m=8之脆性蜂巢材料,不同微觀尺寸 ,1和10狀態下,正規化抗壓應力隨 不同之變化圖.48
圖3.19 相對密度 且偉布模數m=16之脆性蜂巢材料,不同微觀尺寸 ,1和10狀態下,正規化抗壓應力隨 不同之變化圖.49
圖3.20不同相對密度 狀態下,最佳抗壓強度與最佳 之關係.50
圖3.21 最佳 與相對密度 之關係.51
圖4.1 正六邊形蜂巢結構之數值分析模型.61
圖4.2 數值分析所採用之固體元素(a)四個節點之固體元素CPS4
(b)八個節點之固體元素CPS8.62
圖4.3 固體元素組成之蜂巢結構重複單元.63
圖4.4 含巨觀裂紋之蜂巢材料 (a) 裂紋延 方向 (b) 裂紋延 方向.64
圖4.5 含一巨觀裂紋蜂巢材料承受 方向載重之數值分析模型(相對密度 , ).65
圖4.6 蜂巢材料於不同 狀態下,破裂韌性與裂縫大小之關係.66
圖4.7 裂紋尖端前微觀構件承所受之拉力.67
圖4.8 蜂巢材料承受 方向載重,於不同相對密度狀態下,破裂韌性與 之關係.68
圖4.9 蜂巢材料承受 方向載重,於不同相對密度狀態下,快速破裂強度與 之關係.69
圖4.10含一巨觀裂紋蜂巢材料承受 方向載重之數值分析模型(相對密度 , ).70
圖4.11蜂巢材料承受 方向載重,於不同相對密度狀態下,破裂韌性與 之關係.71
圖4.12蜂巢材料承受 方向載重,於不同相對密度狀態下,快速破裂強度與 之關係.72
圖4.13蜂巢材料承受 方向載重,最佳 與相對密度 之關係.73
圖4.14蜂巢材料承受 方向載重,最佳 與相對密度 之關係.74
圖5.1 承受雙軸載重之蜂巢結構示意圖.79
圖5.2 承受雙軸載重之變斷面微觀構件端點受力示意圖.80
圖5.3 偉布模數 之蜂巢材料於雙軸載重作用下,考慮軸力與忽略軸力效應之破裂模數比較圖.81
圖5.4 偉布模數 之蜂巢材料於雙軸載重作用下,考慮軸力與忽略軸力效應之破裂模數比較圖.82
圖5.5 偉布模數 之蜂巢材料於雙軸載重作用下,考慮軸力與忽略軸力效應之破裂模數比較圖.83
圖5.6 偉布模數 之蜂巢材料於雙軸載重作用下,考慮軸力與忽略軸力效應之破裂模數比較圖.84
圖5.7 蜂巢材料於雙軸載重作用下,不同 之破壞包絡面.85
圖5.8 蜂巢材料於雙軸載重作用下,不同 之破壞包絡面.86
圖5.9蜂巢材料於雙軸載重作用下,不同 之破壞包絡面.87
參考文獻
[1]L.J. Gibson and M.F. Ashby, “Cellular solid: Structure & Properties,” 2nd edition, Pergamon Press, Oxford (1998).
[2]A.E. Simone and L.J. Gibson, “Aluminum foams produced by liquid-state processes,” Acta Mater. , Vol. 46, pp 3109-3123(1998).
[3]A.E. Simone and L.J. Gibson, “Effects of solid distribution on the stiffness and strength of metallic foams,” Acta Mater. , Vol.46, pp 2139-2150 (1998).
[4]C.H. Chuang, “Mechanical properties of honeycombs with plateau borders,” Ph.D. dissertation, Dept. of Civil Engng., National Cheng Kung University, Taiwan (2002).
[5]W.E. Warren and A.M. Kraynik, “Foam mechanics: the linear elastic response of two-dimensional spatially periodic cellular materials,” Mech. Mater. , Vol. 6, pp 27-37 (1987).
[6]J. Chung and A.M. Waas, “The elastic properties of circular cell and elliptical cell honeycombs,” Acta Mechanica , Vol.144, pp 29-42 (2000).
[7]C.H. Chuang and J.S. Huang, “Effects of solid distribution on the elastic buckling of honeycombs. Int. J. Mech. Sci. (2002), in press.
[8]C.H. Chuang and J.S. Huang, “Elastic moduli and plastic collapse strength of hexagonal honeycombs with plateau borders,” Int. J. Mech. Sci. (2001), submitted.
[9]C.H. Chuang and J.S. Huang, “Yield surfaces for hexagonal honeycombs with plateau borders under in-plane biaxial loads,” Acta Mechanica (2002), accepted.
[10]J.S. Huang and C.Y. Chou, “Survival probability for brittle honeycombs under in-plane biaxial loading,” Journal of Materials Science, Vol.34, pp 4945-4954 (1999).
[11]J.S. Huang and S.Y. Liu,” Fatigue of honeycombs under in-plane multiaxial loads,” Dept. of Civil Engng., National Cheng Kung University, Taiwan (2000).
[12]S.K. Maiti, M.F. Ashby and L.J. Gibson, ”Fracture Toughness of Brittle Cellular,” Scripta Metallurgica, Vol. 18, pp. 213-217. (1984).
[13]J. S. Huang and L. J. Gibson,” Fracture toughness of brittle honeycombs,” Acta Metall. Mater. , Vol.39, No.7, pp. 1617-1626. (1991).
[14]J. S. Huang and L. J. Gibson,” Fracture toughness of brittle foams,” Acta Metall. Mater. , Vol.39, No.7, pp. 1627-1636. (1991).
[15]J.S. Huang and J.Y. Lin,” Mixed-mode fracture of brittle cellular materials,” Journal of Materials Science, Vol.31, pp. 2647-2652. (1996).
[16]J.S. Huang and M.S. Chiang, “Effects of microstructure, specimen and loading geometries on of brittle honeycombs,” Engineering Fracture Mechanics, Vol. 54, No. 6, pp 812-821 (1996).
[17]A. De S. Jayatilaka, ”Fracture of engineering brittle materials, New York,” Applied Science (1979).
[18]W. Weibull, “A statistical distribution function of wide applicability,” J. Appl. Mech., Vol. 18, pp 293-297 (1951).
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