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研究生:陳永明
研究生(外文):Chen, Yong-Ming
論文名稱:對綠色塑材模板一體成型設計之有限元素最佳化分析
論文名稱(外文):On Optimization Analysis for Designing Integrated Formwork Made of Green Plastic with Finite Element Method
指導教授:龔傑龔傑引用關係
指導教授(外文):Kung, Chieh
口試委員:陳玉崗吳祥祺
口試委員(外文):Chen, Yu-GangWu, xiang-Qi
口試日期:2014-06-30
學位類別:碩士
校院名稱:遠東科技大學
系所名稱:電腦應用工程研究所
學門:電算機學門
學類:電算機應用學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:98
中文關鍵詞:綠色塑料有限元方法最佳化分析模板
外文關鍵詞:Green PlasticFinite Element MethodOptimization AnalysisFormwork
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由於近年來政府極推動「地球永續、人本健康」的綠色概念,很多企業紛紛開始使用回收後再生的塑膠料來製成新的綠色建材。本研究中對於綠色塑膠料製成的建築模板進行了相關的評估與改良,傳統的模板大多都是使用木材或塑膠來製成,不過隨著時間與環境氣候的關係,材料機械性質會慢慢的衰退,塑膠製成的模板最大的缺點是不具生物降解性對自然環境會產生嚴重的破壞,如果焚化又會對空氣造成嚴重的污染。目前使用的塑膠製成的模板越來越普遍,日益嚴重的環境和管控問題值得關注。
本研究中介紹的模板是現有的產品經過重新設計,模板是使用符合綠建材規定的再生塑膠料材料製成,在設計上是採用一體成型射出方式成型,由於改變了原始設計,結構上必須能承受該有的負載能力且不被破壞的基礎上進行,結構參數設計需要經過審慎的評估與改進。在本研究中採用了3種不同鏤空樣式的模板橫樑來評估該橫樑的強度。結果顯示:最簡單的矩形樣式橫樑是最佳的改良設計選擇。決定了橫樑樣式後,又針對鏤空後的模板進行設計,分別加入了外導圓角、內導圓角、壁厚與鏤空距離做為研究分析對象,經田口最佳化分析後可以發現外導圓角15mm、內導圓角7mm、壁厚5.5mm、鏤空距離16.429mm是最佳的模型尺寸組合。

Nowadays under the promotion of the government on sustainable planet on healthy humanity, the industries in Taiwan have started to use recycled plastic as the materials for innovative green constructions. In this study, the strength assessment and structure improvement on formwork made of recycled plastic are performed. Traditional formwork is made of wood or raw plastic. The downside of traditional formwork is that its mechanical properties degrade as it expose in worksite environment. The serious drawback of the traditional formwork is that it is not biodegradable hence is dangerous to natural environment. Moreover, incineration, a general dispose process for degraded formwork would cause more troublesome issues on air pollution. As formwork made of raw plastic is getting popular and popular, the severe environmental concerns should not be overlooked.
The formwork considered in this study is an improvement from existing one where the material is recycled plastic and the structure is integrated in one piece such that mold-injection process is viable. Due to these changes, the formwork structure must be able to carry designated load without damage. In the setoff of the present study, three different recess patterns on formwork columns are considered to evaluate the strength of the formwork. The results suggest that rectangular recess pattern with eight divisions is the adequate design for succeeding optimal study. Four control factors are then selected to be implemented in the Taguchi optimal analysis for the formwork. These factors include the outer fillet, inner fillet, wall thickness of the recess, and distance of the division. Our results based on Taguchi analysis reveal that the outer fillet of 15mm, inner fillet 7mm, wall thickness 5.5mm, and distance of 16.429mm would be the optimal combination for the studied formwork.

致謝 I
摘要 II
Abstract III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 IX
符號說明 XII
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機 4
1-3 論文架構 5
1-4 研究架構 6
第二章 文獻探討與理論基礎 8
2-1 模板的背景與介紹 8
2-2 有限元素分析方法 13
2-2-1 有限元素法介紹 13
2-2-2 彈性力學概念 15
2-2-3 應變與位移關係 15
2-2-4 應力與應變關係 17
2-2-5 平衡方程式 20
2-2-6 有限元素基礎理論 21
2-2-7 有限元素法基本分析過程 23
2-3 軟體介紹 25
2-3-1 SolidWorks簡介 25
2-3-2 ANSYS Workbench有限元簡介 27
2-4 一次一因子試驗法 30
2-5 田口方法簡介 30
2-5-1田口方法設計流程 31
2-5-2田口實驗因子的定義與選擇 33
2-5-3田口式直交表 34
2-5-4信號雜訊比 35
2-5-5變異數分析 36
2-5-6信心區間 37
第三章 模板之有限元素模型與分析 38
3-1 模板工稱尺寸 38
3-2 建立改良模板結構模型 41
3-3 模板使用的材料系數 46
3-4 網格分割與設定 46
3-5 施加負載與限制條件 50
3-6 求解 52
3-7 田口方法 59
第四章 研究結果與討論 64
4-1 四種模板樣式的分析結果 64
4-1-1 完整形的橫樑結構模板分析 64
4-1-2 矩形的橫樑結構模板分析 66
4-1-3 魚骨形的橫樑結構模板分析 68
4-1-4 平行矩形的橫樑結構模板分析 71
4-2 四種橫樑樣式的結果比較 73
4-3 使用一次一因子評估與比較 80
4-4 使用田口方法評估與比較 82
第五章 結論與未來研究方向 92
5-1 結論 92
5-2 未來研究方向 93
參考文獻 95

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