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研究生:劉鳳森
研究生(外文):Feng-sen Liu
論文名稱:排臭馬桶坐墊之有限元素分析與設計
論文名稱(外文):Finite Element Analysis and Design on Discharging Stinking-Smell Toilet Seat
指導教授:潘文峰
指導教授(外文):Wen-feng Pan
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:工程科學系碩博士班
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:73
中文關鍵詞:有限元素分析排臭收斂分析馬桶坐墊
外文關鍵詞:toilet seatPro/EngineerconvergenceANSYSfinite element
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本文研究的主要目的是設計一個堅固且具有排臭功能的馬桶坐墊(簡稱:馬桶坐墊),而設計的考量主要為馬桶坐墊結構承載應力下的應變行為,且也將進行馬桶坐墊可行性的評估,最後將設計的馬桶坐墊、馬桶底座、馬桶水箱及廁所結構建立起相關的連結機構及線路。
理論分析流程將分成四部份進行,第一部份為運用Pro/Engineer 3D繪圖軟體建立可能式樣、尺寸馬桶坐墊的3D分析模式及其立體圖。第二部份為根據Pro/Engineer所建立馬桶坐墊的分析模式轉換到有限元素分析軟體ANSYS上,並進行元素的切割及負載條件及邊界條件的建立。第三部份為進行有限元素ANSYS軟體的分析,並進行數值結果的收斂分析與坐墊厚度的最佳尺寸分析。第四部份為設計馬桶坐墊與馬桶底座、馬桶水箱及廁所室內結構的相關連結的機構及線路,並利用示意圖將設計概念顯現出來。
The main purpose of this thesis is to design a solid and discharging stinky-smell toilet seat (for short: toilet seat). The design consideration is the structure of the toilet seat can withstand the strain behavior under the stress. And the feasibility of the toilet seat is also considered in this analysis process. Finally, the relative connecting mechanism and pipelines of the toilet seat, toilet base, toilet tank and lavatory structure are constructed.
The theoretical analysis process is divided into four parts. The first part is to use Pro/Engineer 3D mapping software to set up the analysis model and its solid chart of possible styles and sizes of the toilet seat. The second part is to base the designed model and transfer the model to the finite element program ‘‘ANSYS’’ and build the model element mesh, loading condition and boundary condition. The third part to proceed the finite element ANSYS analysis and base on the result to proceed the convergence analysis and the best dimension analysis of the seat thickness. The fourth part is to construct the relative connecting mechanism and pipelines of the toilet seat, toilet base, toilet tank and lavatory structure and display the designed idea by using the schematic diagram.
頁次
摘 要 ------------------------------------------------Ⅰ
Abstract ------------------------------------------------Ⅱ
目 錄 ------------------------------------------------Ⅲ
表 目 錄 ------------------------------------------------Ⅵ
圖 目 錄 ------------------------------------------------Ⅶ

第一章 緒論---------------------------------------------1
1-1 前言-----------------------------------------1
1-2 研究動機與目---------------------------------2
1-3 文獻回顧-------------------------------------4
1-4 研究方法-------------------------------------7
1-5 章節提要-------------------------------------9
第二章 理論基礎----------------------------------------13
2-1 塑性理論基礎--------------------------------13
2-2 有限元素分析法------------------------------16
2-3 Pro/Engineer繪圖軟體------------------------19
2-4 ANSYS有限元素分析軟體-----------------------21
2-5最佳化設計理論-------------------------------23
第三章 排臭馬桶坐墊模型之建立與分析--------------------31
3-1模型建立與評估-------------------------------31
3-1-1 排臭馬桶坐墊之基本假設條件----------------31
3-1-2 排臭馬桶坐墊的結構模型--------------------31
3-2排臭馬桶坐墊模型有限元素分析-----------------32
3-2-1 設定元素形式------------------------------32
3-2-2 材料性質設定------------------------------33
3-2-3 幾何模型之建立----------------------------33
3-2-4 網格分割----------------------------------34
3-2-5 邊界條件及負載模式------------------------34
3-3分析流程-------------------------------------35
3-4分析結果-------------------------------------36
第四章 收斂分析與最佳尺寸分析--------------------------48
4-1收斂性分析-----------------------------------48
4-2最佳尺寸設計---------------------------------51
4-2-1尺寸設計及最佳化標準-----------------------51
4-2-2分析結果--------------------------------52
第五章 排臭馬桶相關連結機構----------------------------59
5-1排臭馬桶相關連結機構-------------------------59
第六章 結論和未來展望----------------------------------67
6-1結論-----------------------------------------67
6-2未來展望-------------------------------------69
參考文獻 ------------------------------------------------70
自 述 ------------------------------------------------73

表目錄
頁次
表3-1 三種馬桶坐墊模型元素個數和節點個數--------------34
表3-2 三種馬桶坐墊模型之垂直方向最大應力值------------37
表3-3 三種馬桶坐墊模型之垂直方向最大位移量------------37
表4-1 排臭馬桶坐墊模型一元素數量與數值結果------------49
表4-2 排臭馬桶坐墊模型二元素數量與數值結果------------49
表4-3 排臭馬桶坐墊模型三元素數量與數值結果------------49
表4-4 三種排臭馬桶墊模型精確解結果--------------------50
表4-5 最佳尺寸分析之坐墊平均厚度與最大位移量關係------53

圖目錄

頁次
圖1-1 坐式馬桶的構造----------------------------------11
圖1-2 排臭坐墊通氣孔的示意圖--------------------------11
圖1-3 坐墊後緣出口的示意圖----------------------------12
圖2-1 應力應變圖--------------------------------------28
圖2-2 雙線性動態硬化模式說明圖------------------------28
圖2-3 多線性等向性硬化圖------------------------------29
圖2-4 複線性等向硬化枝表示方式------------------------29
圖2-5 CAE 處理流程------------------------------------30
圖2-6 ANSYS 處理流程----------------------------------30
圖3-1 排臭馬桶坐墊一之底部模型圖和尺寸示意圖----------38
圖3-2 排臭馬桶坐墊二之底部模型圖和尺寸示意圖----------39
圖3-3 排臭馬桶坐墊三之底部模型圖和尺寸示意圖----------40
圖3-4 三維結構元素:Solid187--------------------------41
圖3-5 聚丙烯(PP, polypropylene)應力-應變曲線圖------41
圖3-6 排臭馬桶坐墊模型一之網格分佈圖------------------42
圖3-7 排臭馬桶坐墊模型二之網格分佈圖------------------42
圖3-8 排臭馬桶坐墊模型三之網格分佈圖------------------43
圖3-9 排臭馬桶坐墊模型之邊界條件和負載模式------------43
圖3-10 分析流程----------------------------------------44
圖3-11 排臭馬桶坐墊模型一重直方向應力與位移分佈圖------45
圖3-12 排臭馬桶坐墊模型二重直方向應力與位移分佈圖------46
圖3-13 排臭馬桶坐墊模型三重直方向應力與位移分佈圖------47
圖4-1 排臭馬桶坐墊模型一元素數量與數值結果收斂趨勢圖--54
圖4-2 排臭馬桶坐墊模型二元素數量與數值結果收斂趨勢圖--55
圖4-3 排臭馬桶坐墊模型三元素數量與數值結果收斂趨勢圖--56
圖4-4 排臭馬桶坐墊厚度示意圖--------------------------57
圖4-5 最佳尺寸模型之位移量分佈圖----------------------57
圖4-6 最佳尺寸模型之應力分佈圖------------------------58
圖5-1 現今基本馬桶設備--------------------------------61
圖5-2 排臭馬桶坐墊模型一------------------------------61
圖5-3 排臭馬桶裝置結構示意圖(新屋裝潢設計圖)--------62
圖5-4 排臭馬桶裝置結構示意圖(舊屋裝潢後設計圖)------63
圖5-5 抽風機與抽風控制示意圖--------------------------64
圖5-6 排臭馬桶全結構示意圖(新屋裝潢設計圖)----------65
圖5-7 排臭馬桶全結構示意圖(舊屋裝潢後設計圖)--------66
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