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研究生:黃憲輝
研究生(外文):HUANG, HSIEN-HUI
論文名稱:雙層鋼板引擎密封墊片之有限元素分析
論文名稱(外文):Finite Element Analysis of The Double-Layer Steel Gasket for Engine
指導教授:張志毅張志毅引用關係
指導教授(外文):CHANG, CHIH-YI
口試委員:王仁源楊慶彬
口試委員(外文):WANG, REN-YUANYANG, CHING-BEEN
口試日期:2020-07-15
學位類別:碩士
校院名稱:南亞技術學院
系所名稱:機械工程系機械與機電工程碩士班
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:2020
畢業學年度:108
語文別:中文
論文頁數:71
中文關鍵詞:雙層鋼板密封墊片有限元素分析接觸壓力引擎
外文關鍵詞:double-layer steel gasketsfinite element analysiscontact pressureengine
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引擎為汽車及工程機械設備中提供動力來源的重要總成組件,由多個零件及多個次級組件構成,透過墊片(Gasket)來達成各組件之間的密封需求,墊片為一密封功能零件,主要的功能是防止工作介質如氣體、液體、氣液混合體於各個零組件之間洩漏的現象,而墊片密封性能的重要依據可由運作時墊片的接觸壓力來判斷,當墊片接觸壓力小於工作介質壓力時即可能發生洩漏現象。
本論文探討市售的雙層鋼板密封墊片,以有限元素法模擬雙層鋼板墊片在工作負載下變形行為,為了驗證分析結果,設計製作一個檢測治具以量測同樣負載下的墊片接觸壓力,模擬與實驗獲得一致的趨勢結果。此外也針對將影響墊片密封性能的關鍵因素,螺栓鎖緊扭矩,螺孔位置,壓痕尺寸…等因素進行研究探討,並將研究成果應用於雙缸雙層鋼板墊片的改善中,得到顯著的改善成果。利用本論文的分析方法,對於預測雙層鋼板密封墊片之工作性能將有非常大的助益。

The engine is an important assembly component that provides a source of power in automobiles and construction machinery equipment. It is composed of multiple parts and multiple secondary components. The gaskets are used to achieve the sealing requirements between the components. Gasket is a sealed functional part to prevent the leakage of working medium such as gas, liquid, gas-liquid mixture between various components. The important basis for gasket sealing performance can be judged by the contact pressure of the gasket during operation. When the gasket contact pressure is less than the working medium pressure, leakage may occur.
This study explores the double-layer steel gaskets. The finite element method is used to simulate the deformation behavior of double-layer steel gasket under working load. In order to verify the analysis results, a test fixture was designed to measure the contact pressure of the gasket under the same load, and the simulated and experimental values obtained consistent trend. In addition, the key factors that affect the sealing performance of the gasket, such as bolt tightening torque, screw holes location and bead size, will also be discussed. The research results were applied to the improvement of double-cylinder double-layer steel gaskets, and significant improvement results were obtained. The analysis method in this paper will be very helpful for predicting the working performance of double-layer steel gaskets.

中文摘要 v
英文摘要 vi
誌謝 vii
目錄 viii
表目錄 xi
圖目錄 xii
第一章 緒論 1
1.1 簡介 1
1.1.1 墊片材質的分類 2
1.1.2 金屬墊片壓痕的分類 3
1.2 研究動機 4
1.3 文獻回顧 5
1.4 研究問題及目的 9
第二章 墊片與材料性質 10
2.1 廠商提供之材料機械性質 10
2.2 硬度試驗 11
第三章 理論基礎 14
3.1 顯式動態有限元素法 14
3.1.1 顯式(explicit)時間積分 14
3.1.2 顯式時間積分方法的優越性 15
3.2 螺栓鎖緊張力與鎖緊扭矩的關係 16
第四章 有限元素分析 17
4.1 三維分析模型 17
4.2 單層墊片之有限元素分析 18
4.2.1 單層墊片之邊界條件 18
4.2.2 單層墊片之材料性質 20
4.2.3 單層墊片之網格劃分 20
4.2.4 單層墊片之分析結果與討論 20
4.3 雙層墊片之有限元素分析 23
4.3.1 雙層墊片之邊界條件 24
4.3.2 雙層墊片之材料性質 25
4.3.3 雙層墊片之網格收斂性分析 25
4.3.4 雙層墊片之分析結果與討論 27
第五章 實驗 31
5.1 檢測治具 31
5.2 富士感壓紙 31
5.2.1 MS級距感壓紙 32
5.2.2 HS級距感壓紙 33
5.3 實驗方式及過程 34
5.4 實驗結果與討論 35
第六章 雙層墊片之關鍵參數分析 37
6.1 螺孔位置對接觸壓力的影響 37
6.1.1 螺孔位置變更之三維分析模型 37
6.1.2 螺孔位置變更之分析結果與討論 37
6.2 壓痕高度對接觸壓力的影響 40
6.2.1 壓痕高度變更之三維分析模型 40
6.2.2 壓痕高度變更之分析結果與討論 41
6.3 壓痕寬度對接觸壓力的影響 44
6.3.1 壓痕寬度不同之三維分析模型 44
6.3.2 壓痕寬度變更之分析結果與討論 45
6.4 鎖緊扭矩對接觸壓力的影響 50
6.4.1 鎖緊扭矩變更之分析結果與討論 50
6.5 雙缸雙層密封墊片 55
6.5.1 雙缸雙層墊片之三維分析模型 56
6.5.2 雙缸雙層墊片之有限元素分析 56
6.5.3 雙缸雙層墊片之邊界條件 57
6.5.4 雙缸雙層墊片之材料性質 58
6.5.5 雙缸雙層墊片之網格劃分 58
6.5.6 雙缸雙層墊片之分析結果與討論 59
6.5.7 改善方案:新設計+調整扭矩 64
第七章 結論 68
參考文獻 70


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