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研究生:洪聖凱
研究生(外文):Hong, Sheng-Kai
論文名稱:複曲面薄膜預成形及貼附技術之有限元素分析
論文名稱(外文):Finite Elements Analysis on Film Prefoming and Film Lamination of Complex Curved Surface
指導教授:洪景華
指導教授(外文):Hung, Ching-Hua
口試委員:楊秉祥毛彥傑林孟泓
口試委員(外文):Yang, Bing-Shiang
口試日期:2020-08-27
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:機械工程系所
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:2020
畢業學年度:109
語文別:中文
論文頁數:116
中文關鍵詞:有限元素分析複曲面貼膜薄膜預成形膨脹實驗單軸拉伸試驗
外文關鍵詞:film preformingfinite element analysiscomplex curved laminationbulge testuniaxial tensile test
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在航空飛行器中,飛行員在高空環境的紫外線曝曬,艙罩透光性等可能對飛行員飛行產生潛在傷害。因此在航空器座艙罩內曲面貼附高透光性抗UV薄膜,本研究以此背景出發,進行薄膜貼合製程模擬優化。
本研究使用MSC. Marc 建立曲面艙罩薄膜預成形及貼膜製程之有限元素模型,探討不同幾何及參數下的影響性,研究也加入SmartDO最佳化軟體進行模擬製程參數優化,以降低實驗參數測試所投入的時間及設備成本,優化後得到無包氣風險的貼合參數及成形性佳的預成形參數,最後驗證在經過兩道製程後的應變量僅3.5%。
為了模擬的準確性,本研究進行了單軸拉伸試驗,建立了準確的材料模型。並利用膨脹實驗驗證雙軸應力下的薄膜變形,也確保帶入有限元素模擬的準確性。
In aerospace vehicles, the pilot may be at risk of skin cancer by chronic exposure to Ultraviolet (UV) rays. Therefore, an anti-UV film is attached to the inner surface of the aircraft canopy to protect the pilot. Based on this background, this research conducted the simulation and optimization of the film lamination process.
This research used the finite element analysis software MSC. Marc to establish the film pre-forming and lamination model. And discuss the influence of different parameters. The optimization software SmartDO was used to optimize the best parameters of the film preforming process. By doing so, we can reduce equipment and time costs. The optimized parameters without the risk of air trap and with good formability were obtained. Finally, it was verified that the strain after the two processes was only 3.5%.
For the accuracy of the simulation, uniaxial tensile tests were carried out in this study to establish an accurate material model. The bulge test is used to verify the deformation of the film under biaxial stress, ensuring the accuracy of the finite element simulation.
摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 x
表目錄 xvi
第一章 緒論 1
1.1 薄膜貼合應用 1
1.2 薄膜貼合技術 1
1.2.1 滾筒壓合(Roller Laminate) 1
1.2.2 軟膠壓合(Rubber Press Laminate) 3
1.3 薄膜預成形應用 4
1.4 薄膜預成形技術 5
1.5 研究動機 6
1.6 製程選擇與設計 9
1.6.1單曲面與複曲面 9
1.6.2製程流程設計 10
1.7 計畫內容規劃 12
1.7.1已完成內容 12
1.7.2本研究執行內容 15
1.8 研究目標 16
1.9 文獻回顧 17
1.9.1曲面貼膜技術文獻 17
1.9.2薄膜成形技術文獻 19
1.9.3材料機械性質試驗文獻 20
1.10 研究流程 23
第二章 材料機械性質研析 26
2.1單軸拉伸試驗 26
2.1.1試驗目的 26
2.1.2薄膜材料選用 28
2.1.3實驗方法 29
2.1.4單軸拉伸參數影響性分析 31
2.1.5實驗結果 34
2.2材料模型建立 35
2.2.1材料降伏點預測 35
2.2.2黏性材料模型 38
2.3膨脹試驗 40
2.3.1膨脹設備建置 40
2.3.2膨脹實驗試片 42
2.3.3膨脹實驗流程 44
2.3.4膨脹實驗結果 45
2.3.5有限元素分析軟體 48
2.3.6膨脹實驗模擬比較 49
2.4材料機械性質實驗結論 56
第三章 貼合製程有限元素模型建立 57
3.1基本假設 57
3.2預成形及貼合製程模擬分析流程 58
3.3貼合製程四分之一模型建立 58
3.3.1模型幾何與元素網格 58
3.3.2邊界條件 59
3.3.3接觸設定 60
3.3.4材料性質設定 61
3.3.5貼合製程階段 62
3.3.6貼膜包氣現象介紹 63
第四章 貼合製程參數要因分析 68
4.1製程參數因子與結果響應選擇 68
4.1.1參數因子 68
4.1.2結果響應 70
4.2參數因子組別設計 70
4.3參數化模型建立與運行流程 71
4.4二分之一部分因子組別反應結果 72
4.5貼合製程優化結果 74
第五章 預成形製程模型建立 76
5.1預成形製程四分之一模型建立 76
5.1.1模型幾何與元素網格 76
5.1.2邊界條件 78
5.1.3接觸設定 80
5.1.4材料性質設定 81
5.1.5製程階段劃分 82
第六章 預成形製程參數優化 85
6.1參數因子 85
6.2結果響應 86
6.3最佳化設計概述 88
6.3.1最佳化流程介紹 88
6.3.2最佳化軟體介紹 89
6.4預成形製程參數最佳化 91
6.4.1 SmartDO 運行條件 91
6.4.2 SmartDO 運行參數設定 92
6.5 SmartDO 預成形最佳化結果 92
第七章 預成形整合貼合分析 95
第八章 結論與未來規劃 97
8.1結論 97
8.1.1材料機械性質實驗 97
8.1.2有限元素模擬 97
8.2未來規劃 99
8.2.1材料機械實驗 99
8.2.2有限元素模擬 99
參考文獻 101
附錄A 黏性模型擬合結果 104
附錄B 膨脹試驗元件 105
附錄C 包氣指標意義介紹 [11] 107
附錄D 貼合要因分析參數組別 111
附錄E 預成形初步模擬結果 112
附錄F SmartDO 串聯邏輯 113
附錄G SmartDO 程式碼 114
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