臺灣博碩士論文加值系統

管路系統在船舶設計製造工程佔有穿針引線的重要角色，尤其在設備繁多的機艙，設備配置與管路佈線更為同等關鍵，直接影響日後運轉與維修的成本。然而各個船廠、船東與船級對於管支架檢驗標準與方法亦不相同，藉由學理推論建立三方均認可的管支架間隔距離設計，即為本文探討的動機，目的在推導與比較目前船廠所使用的標準規範及其學理根據。

本文利用管狀薄殼理論採行直角座標的應力－應變關係，推導兩端自由邊界的直線管件之力學模型，再利用尤拉樑（Euler-Bernoulli beam）理論採行卡氏直角座標的應力－應變元素，取用懸臂樑（cantilever beam）形式模擬固定單支管路的管支架角鐵之力學模型，最後採取有限元素法經由座標轉換，整合計算出管支架間隔與管件變形位移的關係，並以實際船廠、船東與船級三方的檢驗方式，施以瞬間集中外施負荷於管件的中央位置，檢討管件的變形位移是否過大，藉以驗證船廠的標準是否合理安全。

實際計算結果推知，管件採用管狀薄殼理論與圓管尤拉樑（Euler-Bernoulli beam）理論作比較，管件的彎曲變形效應在採用管狀薄殼理論分析之下更為明顯，但是兩種模型所計算出來的管件最大的彎曲變形撓度均屬於安全範圍，得論現行船廠採用標準的合理性。

未來可延伸至固定多支管路之管支架的探討，亦或管段中具有肘管（elbow）之管支架的研究，甚至可利用最佳化理論設計出管支架的最適當尺寸，並透過撰寫程式達到使用者介面模式，方便管路設計人員與現場施工人員使用。

Piping system plays an important role towards the design and manufacture of marine engineering. It is crucial for both of the arrangement of equipment and distribution of piping system, which having direct effect on the running and maintenance cost subsequently. The object of this thesis is by implementing of theoretical analysis to build up an universal recognized design of piping support, aims to study and compare the standard specification and the basis of theory currently exercised by ship factories.

Our research uses Shell theory to exercise on the relationship of stress and strain of Rectangular Coordinate to infer the mechanics model of straight pipe. Then, we use Euler-Bernoulli beam theory to operate on the element of stress and strain, and take cantilever beam form to simulate and fix the mechanics model of single pipe with steel angle support. Finally, we adopt the Finite Element Method to integrate and calculate the relationship of the distance between piping support and the lateral displacement of piping support by coordinates transformation. Meanwhile, we take the examine method according to the real shipyards and owners to enforce the external load onto the week point of piping suddenly and centrally. Afterwards, we can review that the deflation of piping matches the standard of clubs of marine or not in order to verify whether the standard of shipyard is safe and reasonable.

Base on the result of actual calculation when using Cylindrical Shell theory and Euler-Bernoulli beam theory on piping for comparing, the effect on lateral deflection of piping is more obvious under taking the analyst of Shell theory. Also, the biggest lateral deflection of piping calculating from two models is still considered as too small. As a result, we can confirm the rationality of the standard that the recent shipyard adopted.

In the future, investigation can be extended to piping support of multi-piping system or piping system with elbow. Optimization Theory can even be developed and employed to design the piping support with the most optimized size and dimension. Meanwhile, by introducing software programming to achieve the user interface or user-friendly mode, the work of designer and on-site co-operator of piping system can also be facilitated.

目錄
表目錄
圖目錄
符號表
第一章 緒論
1-1研究動機與目的
1-2研究實際應用的目標
1-3文獻回顧
1-4研究方法及步驟
第二章 管路支架設計原理與規範
2-1管路佈置原理概述
2-1-1管路系統佈置分類概述
2-1-2管路避碰法則概述
2-2管件之規格
2-2-1管路配件
2-2-2管件規格
2-3管支架角鐵規格
2-3-1管支架的種類
2-3-3管支架角鐵規格
第三章 管路支架佈置相對位置的力學分析模型
3-1簡化力學模型的合理基本假設
3-2管支架的樑理論靜態分析模型
3-2-1管支架的變形方程式推導
3-3管件的管狀薄殼理論靜態分析模型
3-3-1薄殼位移分量的推導
3-3-2薄殼應力與應變關係
3-3-3合力矩與彈性係數矩陣的推導
第四章 管件與管支架系統有限元素法整合
4-1系統的動力學方程式
4-1-1位移與速度以及加速度
4-1-2元素的動力學方程式推導
4-2元素之運動方程式的剛度矩陣與質量矩陣推導
4-2-1管狀薄殼的元素的剛度矩陣的建立
4-2-2管狀薄殼的元素的質量矩陣的建立
第五章 實例探討與結果分析
5-1管狀薄殼的有限元素法分析結果
5-2對稱圓管樑的有限元素法分析結果
5-3分析結果的比較
第六章 檢討與建議
6-1檢討
6-2未來發展與建議
參考文獻
附錄

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