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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:胡本維
研究生(外文):Rock Hu
論文名稱:內螺牙塑膠製品之射出模具設計知識管理系統
論文名稱(外文):A Study of Knowledge Base System for Inner Thread Plastic Mold Design
指導教授:劉大銘劉大銘引用關係
指導教授(外文):Ta-Min Liu
學位類別:碩士
校院名稱:大葉大學
系所名稱:機械工程研究所碩士在職專班
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:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:142
中文關鍵詞: 強制與旋轉頂出脫模系統 類似品管理 參數特徵 拘束管理 人機介面
外文關鍵詞:SolidWorksparameter featuremold-base.
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現今的塑膠製品透過新材料的研發加上塑膠射出技術的進步,使得在應用上更為廣泛也更多樣化。在日常生活中,大部份的容器產品即是以塑膠類製品最常用,以寶特瓶為例,具有攜帶方便性、美觀性、堅固性、重量輕以及具備有可快速大量生產的優勢。由於市場的要求,寶特瓶裝的產品也衍生出瓶身造型多樣化的情形,但瓶蓋總是維持圓形的外觀,這是基於方便操作為原則與模具設計和製造上的考量。
為此,本文所探討的方向是針對具有內螺牙特徵製品的射出模具設計與設計變更管理系統作研究,主體的系統是建立在以SolidWorks與Visual Basic的整合環境下,進行內螺牙製品與模具的關聯性設計變更。對於瓶蓋製品在模具的設計上來說,除了一般通用的設計知識外,製品的頂出為模具之重點考量方向,以強制與旋轉頂出脫模系統的設計為最常用的方式。經由知識庫系統的開發,以類似品管理系統的觀念,將參數特徵與拘束管理結合設計的知識融入在模具建構當中,透過人機介面的溝通,達到從成品的外觀變更到整組模具可以同步連動,進而完成出圖與自動化裝配為發展的目標。

關鍵字:SolidWorks,Visual Basic,強制與旋轉頂出脫模系統,類似品管理,參數特徵,拘束管理,人機介面。
Today, the integrated plastic injection industry have been combined the computer aided design (CAD), computer aided manufacture (CAM) and computer aided engineering (CAE) with plastic injection technical to apply in the mold design level. Base on the field of plastic products are so broadly, a study of this research is to focus on design knowledge of cap with inner thread products and mold manufacture in SolidWorks environment. According to result of foreign papers from the Internet, the authors mentioned the main conceptual and principle which it can apply to the system buildup. Besides, a study of stress in static state of descript combined between two threads is also involved a part of this research. Through results and conclusions, the designer can get a reasonable value to apply in the design phase. In addition, the most important essence in this paper is a methodology of linkage relationship between parameter feature and system. One component have to consider into the process of building is the form of math relation for product and mold design. The purpose of form is to let whole mold be changed with product dimensions.
Finally, base on the common language infrastructure and platform created, all of engineers can understand the mold structure and determine the mold-base dimensions refer to the standard catalogue.

Key Words:SolidWorks, parameter feature, mold-base.
目錄

封面內頁
簽名頁
授權書••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• iii
中文摘要••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• v
英文摘要••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• vi
誌謝••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• vii
目錄••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• viii
圖目錄••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• x
表目錄••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• xv
公式目錄••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• xvi

第一章 緒論 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 1
1.1 前言 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 1
1.2 研究動機與目的 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 2
1.3 知識管理與設計自動化 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 3
1.4 本文研究架構 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 4
1.5 系統的程式介面雛型架構 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 5
第二章 相關文獻探討 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 6
2.1 螺牙製品的應用現況分析 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 6
2.2 設計知識於射模之應用 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 8
2.3 內螺牙製品的脫模方式及重要組件分析••••••••••••••• 17
第三章 模具設計知識與整理 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 22
3.1 模具設計通用知識的考量••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 22
3.2 射模的基本組件分析••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 23
3.3 模具材料的種類與應用••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 27
3.4 模座之通用設計法則••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 29
3.5 模座與射出機台之間的關係考量 •••••••••••••••••••••••••• 41
第四章 內螺牙製品模具設計與分析 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 44
4.1 塑膠製品的設計實務 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 44
4.2 螺牙製品之模具設計實務 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 50
4.3 射出機台決定之實務考量 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 63
第五章 系統建構之規劃與建立••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 67
5.1 系統發展緣由 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 67
5.2 系統研究步驟 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 67
5.3 主架構的建立原理 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 69
5.4 子架構之Model連動建構要點••••••••••••••••••••••••••••••• 94
5.5 API巨集於模具組立之應用 ••••••••••••••••••••••••••••••••••• 106
第六章 結語和建議 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 114
參考文獻 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 115
附錄A 內螺牙之靜態應力計算分析••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 118
附錄B 成品之數學關係式觀念表 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 124
附錄C 模具之數學關係式觀念表 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 126




圖目錄
圖1.1 知識管理的流程架構 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 3
圖1.2 實際設計應用的參考流程 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 4
圖1.3 程式介面之雛型架構 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 5
圖2.1 有錐度的公母螺紋搭配 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 6
圖2.2 非錐度的螺紋搭配 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 7
圖2.3 汽車起重器軸心螺母 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 7
圖2.4 強制脫模螺紋蓋剖面 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 8
圖2.5 Information model在設計與製造上的關聯性 ••••••••••• 10
圖2.6 CAE系統整合型資訊架構 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 10
圖2.7 IKB-MOULD架構 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 12
圖2.8 射模與製品的分類關連性 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 13
圖2.9 射模在設計選擇上的互動性 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 14
圖2.10 系統介面元素的組成 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 15
圖2.11 流動長度與壓力比 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 15
圖2.12成品外觀分模線位置考量 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 16
圖2.13 成品二側徑向為平面 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 18
圖2.14 旋轉脫模機構的主要驅動方式 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 19
圖2.15 實際驅動設備說明 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 19
圖2.16 成品頂出之脫模示意圖 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 20
圖2.17 成品頂出板與限動拉桿之設計關係•••••••••••••••••••••••••••••• 21
圖3.1 二板模含成品脫料板模具結構 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 23
圖3.2 內螺牙模具結構 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 25
圖3.3 成品脫料板頂出彈簧 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 26
圖3.4 側向進膠配合二板模 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 29
圖3.5 針點進膠配合三板模 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 30
圖3.6 頂出裝置關連示意圖 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 30
圖3.7 母模側各模板間之關聯性 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 31
圖3.8 注道之設計示意圖 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 33
圖3.9 冷料井位置說明 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 33
圖3.10 梯形流道 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 34
圖3.11 梯形流道的寬深比關係 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 34
圖3.12 側狀澆口••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 35
圖3.13 流道與澆口平衡設計的觀念 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 35
圖3.14 分模面處進膠 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 36
圖3.15 氣泡及結合線圖 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 37
圖3.16 成品冷卻情形 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 37
圖3.17 機盤與繫桿尺寸間隔 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 42
圖3.18 射出機開模行程 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 42
圖4.1 螺紋受力之均勻分佈情形 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 48
圖4.2 螺紋傳力線之走向 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 50
圖4.3 模具設計流程樹狀結構••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 51
圖4.4 分模面位置••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 51
圖4.5 內側強制脫模••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 52
圖4.6 放射面除料••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 55
圖4.7 流道之凹陷特徵 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 56
圖4.8 除料方向與母模相反 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 58
圖4.9 公模仁實體••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 59
圖4.10 旋轉脫模機構實體 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 59
圖4.11 各齒輪的設定 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 61
圖4.12 摩擦力與螺旋角之關係參考 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 63
圖4.13 母模座內部尺寸意義 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 65
圖5.1 程式介面之雛型架構 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 68
圖5.2 知識庫系統概念的IO架構 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 68
圖5.3 表單選項編輯器內容 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 70
圖5.4 表單內容之呈現 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 70
圖5.5 設計概念選擇表單 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 71
圖5.6 內螺牙設計原理 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 72
圖5.7 表單的輸入順序 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 73
圖5.8 螺牙成品選擇表單 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 74
圖5.9 內螺牙成品的設計表單 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 74
圖5.10 補強肋的示意圖及要點說明 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 75
圖5.11 系統的基本設計法則 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 77
圖5.12 預設值提醒視窗 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 77
圖5.13 預設值呈現於各欄位之結果 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 78
圖5.14 系統首頁••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 79
圖5.15 設計表單主頁••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 80
圖5.16 成品出圖執行••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 80
圖5.17 出圖方式之選擇 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 82
圖5.18 2D爆炸圖及BOM表••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 82
圖5.19 BOM表檢視尺寸變更••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 83
圖5.20 系統介面值輸入欄位 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 84
圖5.21 模具設計變更選單••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 85
圖5.22 系統介面設變值輸入欄位 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 86
圖5.23 程式執行畫面••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 87
圖5.24 預設值變更情形 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 88
圖5.25 系統預設值的範圍 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 89
圖5.26 法則判斷正確提醒視窗 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 90
圖5.27 法則判斷後按鈕之轉變 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 90
圖5.28 螺紋相關重要數值提示視窗•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 91
圖5.29 引用項目參考 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 92
圖5.30 Data控制項 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 92
圖5.31 Data屬性欄 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 92
圖5.32 新增MSFlexGrid連結器 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 93
圖5.33 MSFlexGrid屬性欄••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 93
圖5.34 導梢設計標準••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 93
圖5.35 拔模角的設計情形 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 95
圖5.36 拔模角度的關係式 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 96
圖5.37 內外R角設計情形 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 96
圖5.38 均勻肉厚設計 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 96
圖5.39 薄殼的關係式••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 96
圖5.40 Model之補強肋與成品厚度關係•••••••••••••••••••••••••••••••••• 97
圖5.41 補強肋的關係式 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 97
圖5.42 成品高度的關係式 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 97
圖5.43 成品外觀全尺寸 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 98
圖5.44 螺紋特徵選項••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 98
圖5.45 螺紋高度的關係式 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 98
圖5.46 建構完成之成品 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 99
圖5.47 修改螺紋根徑••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 100
圖5.48 無法產生螺紋的警告訊息 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 100
圖5.49 數學關係式的部份內容 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 102
圖5.50 初始連動相關模板與成品尺寸互動關係•••••••••••••••••••••• 102
圖5.51 母模座尺寸觀念示意圖 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 104
圖5.52 零件特徵的父子關係觀念 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 105
圖5.53 公模座尺寸關聯圖 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 106
圖5.54 母模座尺寸關聯圖 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 106
圖5.55 零件組立於原點圖 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 108
圖5.56 二相對零件之前基準面組立圖 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 108
圖5.57 二相對零件之上基準面組立圖 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 109
圖5.58 二相對零件之右基準面組立圖 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 109
圖5.59 Model的原始文件屬性 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 113
圖5.60 文件單位••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 113
圖A.1 單一螺紋截面尺寸說明 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 118
圖A.2 螺紋根部之慣性矩和斷面模數•••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 119
圖A.3 內圓柱距離量測 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 121
圖A.4 螺旋線之參數建構情形 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 122
圖A.5 螺紋外形之草圖建構 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 123



表目錄

表3.1 模座及零構件材料、熱處理與硬度表•••••••••••••••••••••••••••• 28
表3.2 射模與製品收縮率的關係••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 32
表3.3 射出不良問題點及改善對策•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 39
表4.1 強制脫模之容許限度表 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 52
表4.2 流道長度決定表 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 55
表4.3 模板尺寸關係列表 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 57
表4.4 模內平均壓力值•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 65
表5.1 參數變更與模具之間的關係表 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 101
表A.1 台化塑膠的K8009之物性表••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 119
表A.2 旋緊扭矩平均值 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 120
表A.3 扭力範圍 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 120
表B.1 成品之數學關係式列表 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 124
表C.1 母模座與成品直徑之關係式列表 •••••••••••••••••••••••••••••••••• 126
表C.2 母模座與公模座之關係式列表 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 126
表C.3 公模座各模板間的關係式列表 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 127







公式目錄

公式4.1 最大彎曲應力••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 48
公式4.2 慣性矩••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 49
公式4.3 斷面模數••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 49
公式4.4 螺紋平均有效接觸面壓••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 49
公式4.5 有效牙數的決定••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 50
公式4.6 澆口寬度公式 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 56
公式4.7 輪系值的決定••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 61
公式4.8 齒輪間的標準中心距離••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 61
公式4.9 導程角公式 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 62
公式4.10 機械效率••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 62
公式4.11 螺旋角••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 62
公式4.12 開模行程 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 64
公式4.13 鎖模力計算 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 64
公式A.1 螺紋根部的彎曲應力 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 121
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