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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳柏光
研究生(外文):Chen,Bo-Guang
論文名稱:自行車複材車架之結構失效評估
論文名稱(外文):Failure Analysis and Estimation of Composite Bicycle Frame
指導教授:劉晉奇劉晉奇引用關係
指導教授(外文):Liu, Jin-Chee
口試委員:郭啟全陳騰輝
口試委員(外文):Kuo, Chil-ChyuanChen, Teng-Hui
口試日期:2012-07-13
學位類別:碩士
校院名稱:明志科技大學
系所名稱:機電工程研究所
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:164
中文關鍵詞:碳纖維複合材料脫層有限元素Tsai-Wu破壞理論
外文關鍵詞:carbon fibercomposite materialdelaminationfinite elementTsai-Wu criterion
相關次數:
  • 被引用被引用:7
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本論文使用最大應力理論、Tsai-Wu破壞理論與脫層判斷準則,利用有限元素分析軟體ANSYS來對碳纖維複合材料自行車架進行分析,本文使用33組不同的疊層排列設計,針對七種不同測試方法,求碳纖維複合材料出自行車車架之破壞指標(Failure Index),來探討自行車車架是否會發生破壞,並使用兩種方式結果,在結構最不易失效的設計為前提下,求出碳纖維複合材料自行車架之最不易失效疊層設計。
本研究以CAD軟體CATIA與Solid Works繪製出兩種不同車架模型,再轉入ANSYS中完成有限元素網格建立與分析,使用SHELL91元素來模擬碳纖維複合材量疊層特性。本文對有限元素分析流程、SHELL91元素用法、有限元素網格精度探討接做詳細說明。
當採用最大應力理論和Tsai-Wu破壞理論判斷失效時,車架-A最佳疊層設計為[-45/45/0/90]s,而車架-B最佳疊層設計為[0/90/-45/45]s。當採用最大應力理論、Tsai-Wu破壞理論、脫層判斷準則判斷失效時,車架-A最佳疊層設計為[-45/45/90/0]s,而車架-B最佳疊層設計為[0/90/-45/45]s。車架-A和車架-B最差的疊層設計皆為單一角度排列的疊層設計,即[-45/-45/-45/-45]s、[90/90/90/90]s、[0/0/0/0]s與[45/45/45/45]s。

In this thesis, the fiber direction and stacking sequence designs for the bicycle frame made of the carbon/epoxy composite laminates have been studied. Using the finite element analysis, the failure indexes of the bicycle frame under seven loading tests are obtained for the design estimation. The maximum stress theory, Tsai-Wu criterion and delamination criterion are used for obtaining the failure indexes. As a result, the stacking sequences [-45/45/0/90]s, [0/90/-45/45]s, [-45/45/90/0]s, and [0/90/-45/45]s are good stacking designs for the composite bicycle frames. On the contrary, the uni-directional laminates, i.e. [0/0/0/0]s, [90/90/90/90]s, [45/45/45/45]s and [-45/-45/-45/-45]s, are bad designs.
目 錄
明志科技大學碩士學位論文指導教授推薦書 i
明志科技大學碩士學位論文口試委員會審定書 ii
明志科技大學碩士學位論文授權書 iii
誌謝 iv
中文摘要 v
英文摘要 vi
目錄 vii
表目錄 ix
圖目錄 xi
符號說明 xvi
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機與目的 3
1.3文獻回顧 5
1.4論文架構 7
第二章 分析方法 8
2.1有限元素法 8
2.2靜態分析 10
2.3複合材料之本構方程式 10
2.4複合材料之破壞準則 15
第三章 碳纖維複合材料自行車架分析 18
3.1分析流程 18
3.2問題定義 20
3.3有限元素模型與收斂測試 35
3.4材料與元素座標調整 45
第四章 分析與討論 46
4.1破壞指標判定 46
4.2碳纖維複材車架之全車垂直負荷測試 47
4.3碳纖維複材車架之頭管集中垂直負荷測試 57
4.4碳纖維複材車架之座管集中垂直負荷測試 67
4.5碳纖維複材車架之五通管集中垂直負荷測試 77
4.6碳纖維複材車架之前撞力測試 87
4.7碳纖維複材車架之後撞力測試 97
4.8碳纖維複材車架之扭轉測試 107
4.9車架疊層最佳設計探討 117
第五章 結論及未來展望 141
5.1結論 141
5.2未來展望 143
參考文獻 144

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