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研究生:張建利
研究生(外文):Chien-Li Chang
論文名稱:金屬結合塑膠疊層結構之機械性能分析
論文名稱(外文):Analysis of Mechanical Behavior of Laminate Structure of Metal and Plastics
指導教授:陳政順陳政順引用關係
口試委員:陳信吉蔡定江
口試日期:2013-01-07
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:製造科技研究所
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:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:96
中文關鍵詞:有限元素分析衝擊能量疊層結構
外文關鍵詞:Finite Element MethodImpact EnergyLaminate structure
相關次數:
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本研究是探討鋁合金與塑膠結合的複合疊層結構進行產品的機械性能分析,主要疊層結構分為鋁合金與塑膠上、下兩層,將鋁合金的厚度固定在0.4mm,塑膠的厚度依照每0.4mm為一個變化,從0.8mm厚變化到2.8mm厚,此模擬部份共分為6個複合疊層結構模組跟2個各別為鋁合金與塑膠的比較。利用有限元素分析模擬各8組模組的集中負載與衝擊負載分析。初步模擬結果顯示,隨著塑膠厚度的增加其疊層結構的位移、等效應力都有下降的趨勢,並且搭配此疊層結構後,產品的總吸能與耐衝擊指數也相對提升。
利用田口法與模糊邏輯系統進行多重品質特性(集中負載等效應力、位移量、重量、總吸能、比吸能)的最佳化分析。從本研究的案例表示出,影響這些多重品質特性的主要因子為金屬成品的厚度、塑膠成品的厚度、材料性質、肋的配置與數,根據此結果,可以做為往後金屬/塑膠疊層結構之設計參考依據。


The purpose of this study is to investigate the mechanical behavior of the laminate structure made of Aluminum-Alloy and plastic under concentrated loading or impacting loading. The proposed laminate structure composed the upper layer of
Aluminum-Alloy and the reinforced layer of plastics. The thickness of Aluminum-Alloy was fixed at 0.4 mm and ABS thickness was varied from 0.8 mm to 2.8 mm. The preliminary results showed that the increase of the thickness of ABS will increase the ability of impact energy absorption and the index value of specific energy absorption.
In addition, The taguchi method and fuzzy logic method were used to find the optimum design parameters of multiple performance characteristics for stress, displacement, weight, absorption and specific energy absorption. The research showed that the main parameters affected the multiple performance characteristics were metal thickness, plastic thickness, material properties and reinforce ribs. It is believed that the results can be used as design reference for laminate structure of metal and plastics.


摘 要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iv
表目錄 vii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 金屬/塑膠疊層結構簡介 1
1.2.1 疊層結構的製造方法 3
1.3 文獻探討 6
1.4 研究目的與方法 9
1.5 論文架構 10
第二章 相關基本理論 11
2.1 降伏準則(Yielding Criterion) [17] 11
2.2 衝擊與能量吸能 12
2.3 有限元素分析介紹[20] 14
2.4 田口方法[21](Taguchi Methods) 17
2.5 MatLab模糊系統之介紹[22] 21
2.6 模糊田口系統 26
第三章 疊層結構之模擬分析 28
3.1 個案模型設計 29
3.1.1 結構設計 29
3.1.2 幾何模型建立 31
3.1.3 材料之機械性質 32
3.2 集中負載靜態分析 35
3.2.1 元素種類選用 35
3.2.2 網格(Mesh)劃分 36
3.2.3 邊界條件設定與求解 38
3.3 衝擊負載動態分析 43
3.3.1 元素種類選用 43
3.3.2 網格(Mesh)劃分 44
3.3.3 邊界條件設定與求解 44
第四章 疊層結構之多重品質最佳化設計 53
4.1 田口實驗步驟 53
4.1.1 多重目標品質函數定義 53
4.1.2 決定控制因子與水準表 54
4.1.3 選用直交表 57
4.2 實驗分析與結果 59
4.2.1 S/N比之分析結果 59
4.2.2 S/N比之反應表與反應圖 62
4.2.3 變異數分析結果 65
4.2.4 確認實驗 69
4.3 模糊田口實驗步驟 71
4.3.1 輸入歸屬函數 71
4.3.2 定義模糊規則庫 76
4.3.3 MPCI分析結果 77
4.3.4 MPCI因子反應表與因子反應圖 79
4.3.5 疊層結構最佳化參數模擬分析 80
第五章 實驗驗證 83
5.1 實驗規劃與步驟 83
5.1.1 集中負載分析實驗步驟 83
5.1.2 衝擊負載分析實驗步驟 84
5.2 材料、工具與測試機台的準備 85
5.3 疊層結構實體規格確認 86
5.4 實驗結果與討論 86
5.4.1 集中負載測試結果 86
5.4.2 衝擊負載測試結果 87
5.4.3 結果討論 88
第六章 結論與建議 91
6.1 結論 91
6.2 建議與未來展望 92
參考文獻 94


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