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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:翁國華
研究生(外文):Kuo-HuaWeng
論文名稱:異向性彈性力學解析解與邊界元素之視窗軟體設計
論文名稱(外文):Windows Programming on Analytical Solutions and Boundary Element Analysis of Anisotropic Elasticity
指導教授:胡潛濱
指導教授(外文):Chyan-Bin Hwu
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:航空太空工程學系
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:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:129
中文關鍵詞:異向性彈性力學史磋公式邊界元素法視窗化軟體
外文關鍵詞:Anisotropic elasticityStroh formalismBoundary Element MethodWindows Program
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  在異向性彈性力學的探討分析中,史磋公式(Stroh Formalism)以及邊界元素法(Boundary Element Method)已經發展成為非常強而有力的方法,本師門近年來一直致力於此理論的研究並且已將眾多的理論推導利用軟體MATLAB編寫出一套屬於本師門的程式(AEPH),這方面有相當不錯的成果。
  不過由於這些理論太過艱深,一般的初學者或是不熟悉理論的人要完整了解理論且學會如何使用我們的運算程式必須要花費相當長的一段時間,因此欲讓人想要解決相關問題又不需完全了解艱深的理論,本師門決定開發此視窗化軟體來輔助本師門程式的使用。吾人研究內容為統整所有程式碼,接續本師門學長姐的心血研究,設計出完善的輸入與輸出程式,並將邊界元素法的運算以及新增的MATLAB程式加入視窗軟體當中,建立出簡易且人性化的視窗軟體介面來輔助使用AEPH程式。
  此一視窗軟體搭配上AEPH程式可以很輕鬆地解決許多特定的問題,根據得到的解答可以進一步的與有限元素法(Finite Element Method)模擬出的結果進行比對,使用者可以更加確定答案的準確性。
Stroh formalism and Boundary Element Method (BEM) are sophisticated and powerful methods for analysis of anisotropic linear elastic solids. Our Lab has developed Stroh formalism and BEM for many years and also had many achievements such as MATLAB program for both theories and windows program with Visual Basic (VB) for Stroh formalism. We build the windows program in order to make users solve the problem without understanding any difficult theory.
My research focuses on integrating the old MATLAB codes, adding BEM and all the new source codes into our windows program, and creating the well-run I/O function and windows interface. Moreover, in the thesis, the most valuable work is the I/O function I designed.
目錄
中文摘要
英文摘要
致謝

目錄 I
表目錄 V
圖目錄 VI
符號說明 XII

第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2 研究動機 1
1.3研究目的 2
第二章 異向性彈性力學 3
2.1 史磋公式 3
2.2 無限平板 4
2.2.1 均佈力無限平板 4
2.2.2 面內純彎曲無限平板 7
2.2.3 集中力無限平板 8
2.2.4 單點彎矩無限平板 9
2.2.5 差排無限平板 10
2.3 半無限平板 10
2.3.1 集中力半無限平板 11
2.3.2 表面集中力半無限平板 12
2.3.3 表面分散力半無限平板 12
2.3.4 單點彎矩半無限平板 13
2.3.5 差排半無限平板 14
2.4 雙材料板 15
2.4.1 集中力和差排雙材料板 15
2.4.2 界面集中力和差排雙材料板 16
2.5 邊界元素法 17
第三章 AEPH程式設計 18
3.1 程式軟體介紹 18
3.2 程式架構介紹 18
3.3 程式控制參數介紹 20
3.4 程式重要函式介紹 25
第四章 Internal函式設計 29
4.1 圖形理論 29
4.2 輸入參數與輸出變數介紹 31
4.3 取點方式介紹 32
4.3.1 曲線取點 33
4.3.2 平面取點 34
4.3.3 離散點取點 41
4.4 資料儲存設計 41
第五章 TableFig函式設計 43
5.1 函式流程 43
5.2 參數介紹 44
5.3內部函式介紹 45
第六章 視窗軟體設計 48
6.1 程式流程 49
6.2 程式更動說明 51
6.2.1 主選單功能調整 51
6.2.2 設定問題視窗功能新增 53
6.2.3 負載輸入視窗 54
6.2.4 邊界元素相關設計 60
6.2.4.1 節點輸入 60
6.2.4.2 元素編號 62
6.2.4.3 邊界不連續點編號 63
6.2.4.4 邊界條件設定 64
6.2.4.5 求解參數設定 65
6.2.5 輸出視窗介面設計 66
6.2.5.1 曲線輸出 67
6.2.5.2 平面輸出 71
6.2.5.3 離散點輸出 75
第七章 範例 76
7.1 集中力無限平板問題(Point Force) 76
7.2 表面分散力半無限平板問題(Distributed Force) 99
7.3 差排無限平板問題(Dislocation) 102
7.4 ANSYS模擬差排無限平板問題(Dislocation) 117
第八章 結論 121
參考文獻 122
附錄A 123

表目錄
表A.1 物件配置…………………………………….………………..124

圖目錄
圖2.1 均布力作用在無限板 4
圖2.2 無限平板受單位拉伸及彎曲力作用 6
圖2.3 無限平板受面內純彎曲作用 7
圖2.4 無限平板受集中力作用 8
圖2.5 無限平板受單點力偶矩作用 9
圖2.6 無限平板受差排作用 10
圖2.7 半無限平板受集中力作用 11
圖2.8 半無限平板受表面集中力作用 12
圖2.9 半無限平板受表面分散力作用 13
圖2.10 半無限平板受單點力偶矩作用 13
圖2.11 將單點力偶矩等效拆解 14
圖2.12 半無限平板受差排作用 15
圖2.13 雙材料平板受集中力和差排作用 15
圖2.14 雙材料平板受介面集中力和差排作用 16
圖3.1 AEPH程式架構示意圖 19
圖4.1 正五邊形示意圖 30
圖4.2 P點座標旋轉(a) 30
圖4.3 P點座標旋轉(b) .31
圖4.4 片段直線示意圖 33
圖4.5 圓形曲線示意圖 33
圖4.6 橢圓形曲線示意圖 34
圖4.7 多邊形曲線示意圖 34
圖4.8 矩形平面示意圖 35
圖4.9 圓-環形與扇形示意圖 36
圖4.10 橢圓-環形與扇形示意圖 36
圖4.11 多邊形-環形與扇形示意圖 36
圖4.12 判斷是否有交點示意圖 37
圖4.13 矩形板孔洞判別推導示意圖 38
圖4.14 x-y圖 39
圖4.15 等高線圖 40
圖6.1 視窗介面架構示意圖 49
圖6.2 視窗主選單 50
圖6.3 表格輸出 52
圖6.4 分析圖輸出 52
圖6.5 選取問題類型視窗 53
圖6.6 選取問題類型視窗 - 選取後 54
圖6.7 Ltype = 411 54
圖6.8 Ltype = 411 - 負載類型選擇 55
圖6.9 單方向拉伸 55
圖6.10 軸向力 56
圖6.11 純剪力 56
圖6.12 反平面純剪力 56
圖6.13 通用類型 56
圖6.14 另存新檔 58
圖6.15 開啟舊檔 58
圖6.16 Ltype = 533 59
圖6.17 選擇邊界元素法 61
圖6.18 節點輸入視窗 61
圖6.19 元素編號視窗 62
圖6.20 邊界不連續點編號視窗 63
圖6.21 邊界條件設定視窗 64
圖6.22 求解參數視窗 65
圖6.23 輸出方式選擇視窗 66
圖6.24 決定曲線取點方式視窗 68
圖6.25 片段線段取點視窗 68
圖6.26 圓形曲線取點視窗 69
圖6.27 橢圓曲線取點視窗 69
圖6.28 多邊形曲線取點視窗 70
圖6.29 提醒輸入參數視窗 70
圖6.30 決定平面取點方式視窗 71
圖6.31 矩形平面取點視窗 72
圖6.32 圓形平面取點視窗 72
圖6.33 橢圓平面取點視窗 73
圖6.34 多邊形平面取點視窗 73
圖6.35 矩形平面內含一孔洞取點視窗 74
圖6.36 離散點輸出視窗 75
圖7.1 範例一主選單 76
圖7.2 範例一材料輸入視窗(a) 77
圖7.3 範例一材料輸入視窗(b) 77
圖7.4 範例一材料輸入視窗(c) 78
圖7.5 範例一材料輸入視窗(d) 78
圖7.6 範例一材料輸入視窗(e) 79
圖7.7 範例一材料輸入視窗(f) 79
圖7.8 範例一材料輸入視窗(g) 80
圖7.9 範例一主選單 - 材料設定完成 80
圖7.10 範例一負載問題選擇 81
圖7.11 範例一設定負載參數 81
圖7.12 範例一主選單 – 負載設定完成 82
圖7.13 範例一選擇輸出方式 82
圖7.14 範例一設定輸出視窗(a) 83
圖7.15 範例一設定輸出視窗(b) 83
圖7.16 範例一主選單 – 輸出設定完成 84
圖7.17 範例一物體變形圖 84
圖7.18 範例一位移 等高線圖 85
圖7.19 範例一位移 等高線圖 85
圖7.20 範例一位移 等高線圖 86
圖7.21 範例一應變 等高線圖 86
圖7.22 範例一應變 等高線圖 87
圖7.23 範例一應變 等高線圖 87
圖7.24 範例一應變 等高線圖 88
圖7.25 範例一應變 等高線圖 88
圖7.26 範例一應力 等高線圖 89
圖7.27 範例一應力 等高線圖 89
圖7.28 範例一應力 等高線圖 90
圖7.29 範例一應力 等高線圖 90
圖7.30 範例一應力 等高線圖 91
圖7.31 範例一位移 3D圖 91
圖7.32 範例一位移 3D圖 92
圖7.33 範例一位移 3D圖 92
圖7.34 範例一應變 3D圖 93
圖7.35 範例一應變 3D圖 93
圖7.36 範例一應變 3D圖 94
圖7.37 範例一應變 3D圖 94
圖7.38 範例一應變 3D圖 95
圖7.39 範例一應力 3D圖 95
圖7.40 範例一應力 3D圖 96
圖7.41 範例一應力 3D圖 96
圖7.42 範例一應力 3D圖 97
圖7.43 範例一應力 3D圖 97
圖7.44 範例一結果輸出 98
圖7.45 範例二設定負載(a) 99
圖7.46 範例二設定負載(b) 100
圖7.47 範例二設定輸出(a) 100
圖7.48 範例二設定輸出(b) 101
圖7.49 範例二結果輸出 101
圖7.50 範例三主選單 102
圖7.51 範例三材料輸入視窗(a) 103
圖7.52 範例三材料輸入視窗(b) 103
圖7.53 範例三材料輸入視窗(c) 104
圖7.54 範例三材料輸入視窗(d) 104
圖7.55 範例三材料輸入視窗(e) 104
圖7.56 範例三材料輸入視窗(f) 105
圖7.57 範例三主選單 – 材料設定完成 105
圖7.58 範例三負載問題選擇 106
圖7.59 範例三設定負載參樹 106
圖7.60 範例三主選單 – 負載設定完成 107
圖7.61 範例三選擇輸出方式 107
圖7.62 範例三設定輸出視窗(a) 108
圖7.63 範例三設定輸出視窗(b) 108
圖7.64 範例三主選單 – 輸出設定完成 109
圖7.65 範例三結果輸出 109
圖7.66 範例三物體變形圖 110
圖7.67 範例三位移 等高線圖 110
圖7.68 範例三位移 等高線圖 111
圖7.69 範例三位移 3D圖 111
圖7.70 範例三位移 3D圖 112
圖7.71 範例三主選單 – 材料與負載設定完成 113
圖7.72 範例三選擇輸出方式 113
圖7.73 範例三設定輸出視窗(c) 114
圖7.74 範例三設定輸出視窗(d) 114
圖7.75 範例三 結果輸出 115
圖7.76 範例三 結果輸出 115
圖7.77 範例三 結果輸出 116
圖7.78 範例三 結果輸出 116
圖7.79 ANSYS模擬差排(a) 118
圖7.80 ANSYS模擬差排(b) 118
圖7.81 ANSYS模擬差排(c) 119
圖7.82 ANSYS模擬差排(d) 119
圖7.83 ANSYS模擬差排(e) 120
圖A.1 例題423 123
[1]黃文昇,“異向性彈性力學視窗化程式設計,成功大學航空太空工程研究所,2009。
[2]詹博名,“異向性彈性力學視窗化程式進階設計,成功大學航空太空工程研究所,2012
[3]C. Hwu, “Anisotropic Elastic Plates, Springer, New York, 2010.
[4]胡啟明,“Visual Basic 2005 初學入門,弘智文化出版社,2006。
[5]吳權威,“Visual Basic 2005 入門與應用,網奕出版社,2006。
[6]許清榮,“Visual Basic 2005 Express 程式設計經典教本,博碩文化出版社,2006。
[7]李春雄,“資料庫程式設計-使用Visual Basic 2008,上奇出版社,2009。
[8]黃文昇,“異向性彈性力學程式設計說明,成功大學航空太空工程研究所,2009。
[9]詹博名,“異向性彈性力學視窗化程式進階設計視窗製作手冊,成功大學航空太空工程研究所,2012
[10]何昇翰,“異向性彈性力學MATLAB程式設計,成功大學航空太空工程研究所,2010。
[11]何昇翰,“異向性彈性力學MATLAB程式設計說明,成功大學航空太空工程研究所,2010。
[12]柯溫釖,“Visual Basic 2005 Express學習經典,博碩文化出版社,2006。
[13]陳會安,“Visual Basic 2005 程式設計範例教本,旗標出版社,2006。
[14]江漢榕,“學會寫程式Visual Basic 2005,碁峯出版社,2007。
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