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研究生:劉文彬
研究生(外文):Wen-Bin Liu
論文名稱:承受軸向負載樑之分析與探討
論文名稱(外文):Investigation of Beams under Axial Loading
指導教授:林海平林海平引用關係
指導教授(外文):Hai-Ping Lin
學位類別:碩士
校院名稱:大葉大學
系所名稱:車輛工程學系碩士班
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:2004
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:73
中文關鍵詞:變位勁度軸向負載臨界負載挫屈操控性截面積挫屈點關係式耐用性
外文關鍵詞:deflectionstiffnessaxial loadcritical loadbucklingdesignstaticissue
相關次數:
  • 被引用被引用:2
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樑結構研究在工程上一直是一個重要的問題,其牽涉的範圍相當廣泛而重要,與安全、耐用性…等等因素有關。在本研究中,以ㄧ個承受軸向與側向負載之樑結構做為出發點,找出其數學關係式,並給予不同的軸向負載、截面積以及邊界條件,分別以理論解與有限元素軟體ANSYS計算出該結構變位、勁度之影響;並且對其中的物理關係以及應用予以討論。接著將先前所分析的結構應用於小型賽車車架之上,意圖改變整車的扭轉勁度以增加車手的操控性。另外,也必須考慮到軸向負載的持續增加,會使得結構到達挫屈點臨界負載與超過材料降伏強度而發生塑性變形的因素,將造成結構的不穩定或損壞,因此以ANSYS來預測軸向負載施加在外掛結構上的結果;並針對無外掛、添加外掛、添加外掛與軸向負載等幾種情況來做分析與比較,將上述結果可做為日後設計人員在車身設計上之參考。
The study on beam structures is a very important issue in engineering. This involves different areas, like safety, fatigue, …etc. The purpose of this research is to study the changes of structure lateral stiffness of beams under different axial loadings. Finite Element Method (FEM) was used in the static analysis of these structures. The physical meanings and applications of the numerical solutions were also discussed. The results can be applied to the design of Go-kart frames. A variable torsional stiffness of Go-kart frames is used to have better handling performance. Buckling effects have to be considered as the axial loadings approach the critical load. The commercial software ANSYS is used to do the analysis of Go-kart frames. This research can be used for reference on Go-kart body designs.
封面內頁
簽名頁
授權書 iii
中文摘要 iv
英文摘要 v
誌謝 vi
目錄 vii
圖目錄 ix
表目錄 xii

第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 1
1.3 研究目標 3
1.4本文架構 4
第二章 研究理論 5
2.1 樑之理論介紹 5
2.2 工程分析之流程 6
2.3有限元素分析之簡介 8
第三章 承受軸向與側向負載樑之結構分析 18
3.1 單一空心圓管之分析 18
3.2 簡支樑與懸臂樑的關係 28
3.3 兩空心圓管之數學關係式 29
3.4 兩空心圓管方程式的計算 33
3.5 討論 40
第四章 車架設計上的應用 44
4.1 小型賽車車架扭轉勁度之計算方法 44
4.2 小型賽車理論與ANSYS分析之勁度計算 46
4.3 相關論文研究與實驗方法 66
4.4幾種類型的歸納與比較 67
第五章 結論與建議 69
參考文獻 71

圖目錄

圖2.1承受軸向壓力與側向力之簡支樑 5
圖2.2工程分析之流程圖 7
圖2.3有限元素分析流程圖 9
圖2.4 pipe16管元素之示意圖 11
圖2.5 pipe16應力輸出示意圖 12
圖2.6 shell63殼元素之示意圖 14
圖2.7 shell63應力輸出示意圖 16
圖3.1單ㄧ空心圓管承受側向力與軸向壓力 18
圖3.2簡支樑軸向負載與變位關係圖(承受軸向壓力) 19
圖3.3簡支樑方式固定之單一空心圓管示意圖 20
圖3.4簡支樑軸向負載與變位關係圖(承受軸向拉力) 20
圖3.5簡支樑軸向負載與勁度關係圖(承受軸向壓力) 22
圖3.6簡支樑軸向負載與勁度關係圖(承受軸向拉力) 23
圖3.7單ㄧ空心管(以懸臂樑為邊界條件)承受側向力與軸向壓力與拉力之示意圖 24
圖3.8懸臂樑軸向負載與變位關係圖(承受軸向壓力) 25
圖3.9懸臂樑軸向負載與變位關係圖(承受軸向拉力) 25
圖3.10懸臂樑軸向負載與勁度關係圖(承受軸向壓力) 27
圖3.11懸臂樑軸向負載與勁度關係圖(承受軸向拉力) 27
圖3.12兩空心管之懸臂樑示意圖(套筒承受軸向拉力) 30
圖3.13兩空心管(外管)之懸臂樑示意圖(承受軸向壓力) 30
圖3.14兩空心管(內管)之懸臂樑示意圖(承受軸向拉力) 31
圖3.15兩空心管之懸臂樑示意圖(套筒承受軸向壓力) 32
圖3.16兩管結構(外管受拉改變外管管徑)軸向力與變位關係圖 33
圖3.17兩管結構(外管受拉改變外管管徑)軸向力與勁度關係圖 33
圖3.18兩管結構(外管受拉改變內管管徑)軸向力與變位關係圖 35
圖3.19兩管結構(外管受拉改變內管管徑)軸向力與勁度關係圖 35
圖3.20兩管結構(外管受壓改變外管管徑)軸向力與變位關係圖 37
圖3.21兩管結構(外管受壓改變外管管徑)軸向力與勁度關係圖 37
圖3.22兩管結構(外管受壓改變內管管徑)軸向力與變位關係圖 39
圖3.23兩管結構(外管受壓改變內管管徑)軸向力與勁度關係圖 39
圖3.24簡支樑結構改變側向力之軸向負載-相對變位關係圖 43
圖4.1小型賽車車架扭轉勁度計算之示意圖 45
圖4.2無外掛左右兩端施予負載之車架變形圖 47
圖4.3外掛的外徑為0.032m示意圖 47
圖4.4外掛的外管外徑為0.040m;內管外徑0.032m示意圖 48
圖4.5單一管外掛(外徑=0.032m)軸向負載與車架扭轉勁度之關係圖 51
圖4.6單一管外掛(外徑減半)軸向負載與相對扭轉勁度關係圖 54
圖4.7單一管外掛(外徑減半)軸向負載=- 之應力分佈圖 54
圖4.8單一管外掛(外徑減半)軸向負載=- 之應力分佈圖 55
圖4.9單一管外掛(外徑減半)軸向負載=+ 之應力分佈圖 55
圖4.10單一管外掛(外徑減半)軸向負載=+ 之應力分佈圖 56
圖4.11兩管外掛軸向負載=7000N(內管受壓時)車架變形圖 57
圖4.12兩管外掛軸向負載=14000N(內管受壓時)車架變形圖 58
圖4.13兩管外掛軸向負載=21000N(內管受壓時)車架變形圖 59
圖4.14兩管外掛軸向負載=28000N(內管受壓時)車架變形圖 60
圖4.15兩管外掛軸向負載=9000N(外管受壓時)車架變形圖 61
圖4.16兩管外掛軸向負載=18000N(外管受壓時)車架變形圖 62
圖4.17兩管外掛軸向負載=27000N(外管受壓時)車架變形圖 63
圖4.18兩管外掛軸向負載=36000N(外管受壓時)車架變形圖 64
圖4.19兩管外掛軸向負載與車架扭轉勁度之關係圖 65
圖4.20量測車架靜態扭轉勁度之測試示意圖 66

表目錄

表2.1 pipe16元素輸出項 12
表2.2 shell63元素輸出項 15
表3.1簡支樑承受軸向之變位理論值與模擬值比較表 21
表3.2簡支樑承受軸向之勁度理論值與模擬值比較表 23
表3.3懸臂樑承受軸向之變位理論值與模擬值比較表 26
表3.4懸臂樑承受軸向之勁度理論值與模擬值比較表 28
表3.5外管受拉,改變外管管徑理論值與分析值比較表 34
表3.6外管受拉,改變內管管徑理論值與分析值比較表 36
表3.7外管受壓,改變外管管徑理論值與分析值比較表 38
表3.8外管受壓,改變內管管徑理論值與分析值比較表 40
表3.9樑之變因交叉分析表 42
表4.1無外掛時位移量及扭轉勁度表 46
表4.2外掛的外徑為0.032m,位移量及扭轉勁度表 48
表4.3兩管之外掛位移量及扭轉勁度表 49
表4.4單一管外掛與車架本體管徑相同時之分析結果 50
表4.5單一管外掛截面積減半後之分析結果 53
表4.6兩管外掛軸向負載=7000N(內管受壓時)之扭轉勁度表 57
表4.7兩管外掛軸向負載=14000N(內管受壓時)之扭轉勁度表 58
表4.8兩管外掛軸向負載=21000N(內管受壓時)之扭轉勁度表 59
表4.9兩管外掛軸向負載=28000N(內管受壓時)之扭轉勁度表 60
表4.10兩管外掛軸向負載=9000N(外管受壓時)之扭轉勁度表 61
表4.11兩管外掛軸向負載=18000N(外管受壓時)之扭轉勁度表 62
表4.12兩管外掛軸向負載=27000N(外管受壓時)之扭轉勁度表 63
表4.13兩管外掛軸向負載=36000N(外管受壓時)之扭轉勁度表 64
表4.14各種外掛結構所改變的幅度 68
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