跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(216.73.216.106) 您好!臺灣時間:2026/04/04 14:51
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

: 
twitterline
研究生:張育嘉
研究生(外文):CHANG, YU-JIA
論文名稱:堆疊式複合材料碟型彈簧之設計、製造與性能分析
論文名稱(外文):Design, Fabrication and Performance Analysis of Stacked Composite Disc Springs
指導教授:邱長塤
指導教授(外文):CHIU, CHANG-HSUAN
口試委員:邱長塤黃宗立蔡昆恊
口試委員(外文):CHIU, CHANG-HSUANHWAN, CHUNG-LITSAI, KUN-HSIEH
口試日期:2018-07-18
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:纖維與複合材料學系
學門:工程學門
學類:紡織工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2018
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:89
中文關鍵詞:碟型彈簧複合材料疊層製造疲勞
外文關鍵詞:Disc SpringCompositeLaminatesManufacturingFatigue
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:350
  • 評分評分:
  • 下載下載:12
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
由於近年空氣汙染日益嚴重,因此必須將車輛進行輕量化的設計,使其能源消耗降低以達到節能減碳的效果。本研究設計並製造了一種新型的堆疊式複合材料碟型彈簧。本研究可分為三個階段,第一階段使用電腦輔助設計軟體Solidworks設計堆疊式複合材料碟型彈簧之結構與模具,並透過有限元素分析軟體ABAQUS模擬碟型彈簧受壓縮時產生之主應力方向,根據其主應力方向設計纖維之排疊角度;第二階段使用碳纖維與玄武岩纖維複合材料製造單片式複合材料碟型彈簧,並透過探討不同製造參數對於單片式複合材料碟型彈簧之物理性質與壓縮性能的影響;第三階段選擇具有最佳性能之製造參數製作堆疊式複合材料碟型彈簧,並探討堆疊式複合材料碟型彈簧之壓縮性能與疲勞性能。根據研究結果發現,使用碳纖維複合材料製造堆疊式複合材料碟型彈簧可得到較佳之彈簧性能,並且其疲勞壽命約為43萬次。但堆疊式複合材料碟型彈簧之中的某結構容易產生較大之應力集中而造成較嚴重之疲勞損傷,因此在未來仍需要進行進一步的改善,使堆疊式複合材料碟型彈簧更具有實際之應用價值。
Due to the increasing air pollution in recent years, it is necessary to reduce the weight of the vehicle to achieve energy consumption reduction. This study designed and manufactured a new type of stacked composite disc springs. The first stage uses the computer-aided design software Solidworks to design the structure and forming mold of the stacked composite disc spring. Through the finite element analysis software ABAQUS, the direction of the principal stress generated when the disk spring is compressed, and the lamination angle is designed according to the direction of the principal stress. In the second stage, a single composite disc spring was fabricated using carbon fiber and basalt fiber/epoxy composites, the effects of different manufacturing parameters on the physical and compression properties of the single composite disc spring were also investigated. In the third stage, a stacked composite disc springs were fabricated with the best performance manufacturing parameters, and the compression and fatigue properties of the stacked composite disc springs were discussed. According to the research results, the use of carbon fiber composite materials to manufacture stacked composite disc springs can achieve better spring performance, and its fatigue life is about 430,000 times. However, a certain structure in the stacked composite disc spring is more likely to cause stress concentration and cause more serious fatigue damage, so further improvement was needed in the future, so that the stacked composite disc spring has more practical application value.
誌謝 I
摘要 II
Abstract III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.1.1 複合材料簡介 1
1.1.2 懸吊系統簡介 3
1.1.3 碟型彈簧簡介 6
1.2 文獻回顧 15
1.3 研究動機及目的 18
第二章 複合材料碟型彈簧結構設計 19
2.1 有限元素法簡介 19
2.2 有限元素軟體ABAQUS簡介 20
2.2.1 Abaqus 之分析流程簡介 20
2.2.2 Abaqus 之模組簡介 21
2.2.3 Abaqus 之常用元素 23
2.3 主應力分析 24
2.3.1 分析流程 24
2.3.2 有效性驗證 30
2.3.3 主應力方向模擬結果 32
2.4 結構設計 33
2.5 材料選用與製程參數設定 35
2.6 疊層角度設計 36
第三章 實驗步驟與設計 37
3.1 實驗材料 37
3.2 實驗儀器 38
3.3 實驗流程 39
3.4 複合材料碟型彈簧物理性質測試 41
3.4.1 複合材料碟型彈簧樹脂流失率測試 41
3.4.2 複合材料碟型彈簧密度測試 42
3.4.3 複合材料碟型彈簧組成成分分析 43
3.5 複合材料碟型彈簧機械性能測試 45
3.5.1 複合材料碟型彈簧壓縮性能測試 45
3.5.2 複合材料碟型彈簧疲勞性能測試 46
3.6 複合材料碟型彈簧之編號說明 48
第四章 結果與討論 50
4.1 碟型彈簧之物理性質 50
4.1.1 樹脂流失率測試 50
4.1.2 空孔體積含有率測試 57
4.2 單片複合材料碟型彈簧之壓縮性能 60
4.2.1 單片碳纖維複合材料碟型彈簧之壓縮性能 61
4.2.2 單片玄武岩纖維複合材料碟型彈簧之壓縮性能 66
4.2.3 堆疊式複合材料碟型彈簧之材料選用 71
4.3 堆疊式複合材料碟型彈簧之壓縮與疲勞性能 73
4.3.1 堆疊式碳纖維複合材料碟型彈簧之壓縮性能 74
4.3.2 堆疊式碳纖維複合材料碟型彈簧之疲勞性能 76
4.3.3 堆疊式碳纖維複合材料碟型彈簧之疲勞壽命預測 78
4.3.4 堆疊式碳纖維複合材料碟型彈簧之疲勞表面損傷 81
第五章 結論與建議 84
5.1 結論 84
5.2 未來與展望 85
參考文獻 86

[1] MOTO7 UE, (2017),“極致輕量:BMW HP4 Race 正式登場”,來源: https://www.moto7.net/2017/04/bmw-hp4-race.html。
[2] DIN Standard, (2013), “DIN 2093: Disc Springs - Quality Specifications – Dimensions. ”
[3] Mubea, Inc., “Mubea Disc Springs Design Manual” ,來源: https://mubea-discsprings.com/wp-content/uploads/2016/03/mubea-disc-springs-manual-update.pdf , 上網日期: 2018年7月1日。
[4] Christian Bauer GmbH + Co. KG, “Disc Springs - Theory and Practice” 來源 : https://zh.scribd.com/document/341414568/Disc-Springs-Theory-and-Practice, 上網日期: 2018年7月9日。
[5] J. O. Almen and A. Laszlo, “The Uniform-Section Disk Spring”, Transaction of the ASME, vol. 58, 1936, pp. 305-313.
[6] Syambabu Nutalapati. “ Design and Analysis of Leaf Spring by using composite material for light vehicles”, International Journal of
Mechanical Engineering and Technology (IJMET), Vol 6, Issue 12, 2015, pp 36-39.
[7] H. A. Al-Qureshi.“ Automobile Leaf Spring from Composite Materials”. Journal of materials processing technology 118, 2001, pp.51-68.
[8] E. Mahdi ,O.M.S. Alkoles , A.M.S. Hamouda , B.B. Sahari , R. Yonus ,G.Goudah. ‘’Light composite elliptic springs for vehicle suspension''. Composite Structures 75,2006, pp. 24–28.
[9] U. S. Ramakanth & K. Sowjanya. “Design and analysis of automotive multi-leaf springs using composite materials. ” International Journal of Mechanical Production Engineering Research and Development , ISSN 2249- 6890, Vol. 3, Issue 1, 2013 pp.155-162.
[10] Joo-teck Jeffery Kueh, Tarlochan FARIS.“Finite element analysis on the static and fatigue characteristics of composite leaf spring”, Journal of Zhejiang university-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering), 2012 13 (3), pp 159-164
[11] Hendry.and Pobert C., Carbon fiber coil springs, Materials and Design 6, 330-337 Material, International Research Journal Of Engineering And Technology, 3(4), pp 2886- 2890, 1986.
[12] Valsange P. S., ” Design of Helical Coil Compression Spring” A Review, International Journal of Engineering Research and Applications 2, (6) 513-522, 2012.
[13] Mehdi Bakhshesh and Majid Bakhshesh, “Optimization of steel helical spring by composite spring”, International Journal of Multidisciplinary Sciences and Engineering, Vol. 3, pp. 47-51, 2012
[14] Choi B L, Choi BH, “Numerical method for optimizing design variables of carbon fiber reinforced epoxy composite coil springs”, Composites Part B: Eng 82: 42-9, 2015.
[15] Karthikeyan. S.S, Karthikeyan.V., Leoni Praveen. C., Manigandan. G. and Rathish. R., “ Design and Analysis of Helical Coil Spring Suspension System by Using Composite ”, 2016.
[16] Dharan, C.K.H and Bauman J. A., “ Composites disc springs ”, Composites: Part A, Vol. 38, No. 12, pp. 2511-2516, 2007.
[17] Karakaya S. “ Investigation of hybrid and different cross-section composite disc spring using fine element method ”, T Can Soc Mech Eng., 36(4) :399-412p, 2012.
[18] Patangtalo W, Aimmanee S, Chutima S. “ A unified analysis of isotropic and composite Belleville springs ”, Thin-Walled Struct. 109: pp 285-295, 2016.
[19] S Shams, Peng Yang., “ Damage Initiation and Fatigue Behavior of Carbon-Fiber Composite Disk Springs ”, SAE Int. J. Mater. Manf., Volume 9, Issue 1, 2016.
[20] 中華民國行政院環境保護署,(2015),空氣汙染排放清冊,來源: https://teds.epa.gov.tw/new_main2-0-1.htm,上網日期: 2018年7月10日。
[21] Dassault Systemes Simulia Corp.,最新Abaqus實務入門,全華圖書股份有限公司,2013。
[22] 春名股份有限公司,盤型彈簧規格表-機械用,來源 : http://www.springming.com/front/bin/ptdetail.phtml?Part=CB-250&Category=234699&PartPage=5 ,上網日期 : 2018年3月9日。
[23] MatWeb,”51CrV4” ,http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=69fb173f801843ceb0dab155cf1a73e2,上網日期 : 2018年4月15日。
[24] 陸明萬, 張雄, 葛東雲,工程彈性力學與有限元法,清華大學出版社有限公司, P16~P17,2005年。
[25] E. Zheng, F. Jia, X. Zhou, “ Energy-based method for nonlinear characteristics analysis of Belleville springs”, J. Thin-Walled Struct., 79, pp. 52-61, 2016.
[26] Toray Composite Materials America, Inc , “ t700s data sheet ”, 來源 : https://www.toraycma.com/file_viewer.php?id=5116,上網日期 : 2018年6月30日。
[27] JONES, M.L.C. and HULL, D., “Microscopy of failure mechanisms in filament-wound pipe ”. Journal of Materials Science, 14(1), pp. 165-174, 1979.
[28] ASTM Standard, (2016), “ASTM D3531-16 : Standard Test Method for Resin Flow of Carbon Fiber-Epoxy Prepreg”, 來源 : https://compass.astm.org/EDIT/html_annot.cgi?D3531+16
[29] ASTM Standard, (2013), “ASTM D792-13 : Standard Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative Density) of Plastics by Displacement”, 來源 : https://compass.astm.org/EDIT/html_annot.cgi?D792+13
[30] ASTM Standard, (2015), “ASTM D3171-15 : Standard Test Methods for Constituent Content of Composite Materials”, 來源 : https://compass.astm.org/EDIT/html_annot.cgi?D3171+15
[31] 中華人民共和國機械行業標準,(2004),摩托車減震彈簧技術條件,來源: https://www.chinesestandard.net/PDF/English.aspx/JBT10417-2004
[32] 朱曉陽,纖維增強複合材料疲勞研究現狀和發展,力學進展, 20 (2): 174~ 190, 1990.


QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
無相關期刊