臺灣博碩士論文加值系統

在現今的機械、土木、航太工程中，管螺紋接頭的應用是非常普遍的，尤其在許多管路連接件方面的應用更是頻繁。以液壓氣動系統為例:為了要承受內部產生之高壓，在管路連接處經常使用螺紋鎖緊之接合方式，在此情況下，接合部位相較於其他部位就顯得脆弱，此時螺紋接頭的強度，便成為影響整個系統能否正常運作之關鍵。
本文之研究主要在針對 NPT管螺紋接頭鎖緊後螺牙之抗拉強度的破壞模擬分析；利用有限元素軟體ANSYS進行電腦模擬分析，在管螺紋接頭承受軸向負載時，判斷其螺牙的應力破壞及變形行為。模擬結果顯示出，公、母螺紋接頭在承受單軸向拉力時，在螺紋接頭部位所產生之應力明顯的比管體本身所產生之應力來得大，且在螺紋接頭兩端之牙根部產生明顯的應力集中情形，將嚴重影響管螺紋接頭之承載能力，成為整體管件是否失效的最大關鍵。此外，本文亦針對管螺紋接頭之嚙合牙數進行探討，結果顯示，在同樣大小之軸向負載作用下，管螺紋接頭嚙合之牙數越多，其承載能力沒有明顯增加，甚至有降低之趨勢，在經過比較後，其較佳之嚙合牙數約在八牙附近。

In the mechanical engineering, civil engineering and aerospace industry now, the application of threaded pipe connectors are very general in industry, especially the application in the junction for high pressure pipe. Take hydraulic and pneumatic system as an example: In order to avoid the threaded pipe connector for leakage or broken, it is important to obtain the stress and deformation information in connector during service.
This paper is mainly focus on the stress-strain analysis of threaded pipe connector ( NPT) under tensile loading. Finite element method and software (ANSYS ) are used to perform the various kinds of the stress and strain analysis. The result of the study shows that when the threaded pipe connection is under tensile loading, the stress concentration effect occurs on the two extremities of the thread. This effect would degrade the strength of the threaded pipe connector and become the key factor of failure. It also shows that the number of mating threads would affect the strength of threaded pipe joint. Besides, more screwing length can’t increase the strength of threaded pipe connectors.

目 錄

中文摘要........................................i
英文摘要........................................ii
誌謝............................................iii
目錄............................................iv
表目錄..........................................vi
圖目錄..........................................vii
第一章 緒論....................................1
1.1 研就動機...............................1
1.2 螺紋種類與應用.........................1
1.3 文獻探討...............................3
1.4 研究目標方法與步驟.....................6
1.5 論文架構...............................6
第二章 相關理論基礎............................8
2.1薄壁壓力容器之應力......................8
2.2螺紋之結構力學..........................9
2.2.1 螺紋壞法則........................9
2.2.2 螺牙之彈性變形....................11
2.2.3 螺紋之軸力分布....................12
2.3 2D實體結構元素理論分析.................15
2.3.1 平面應力與應變....................15
2.3.2 軸對稱結構........................16
2.3.3 線性四邊形平面元素................18
第三章 管螺紋接頭之模擬與分析..................19
3.1 有限元素分析流程.......................19
3.1.1 建立實體模型......................19
3.1.2 非線性結構分析....................21
3.1.2.1 New-Raphson method........22
3.1.2.2 接觸性有限元素分析........22
3.1.3 有限元素法之收斂性分析............23
3.1.3.1 h-收斂性分析..............24
3.1.3.2 p-收斂性分析..............25
3.1.3.3 螺紋管收斂性分析..........25
3.2 管螺紋之模擬...........................26
3.2.1 無效螺紋之影響....................32
3.2.2 螺紋之嚙合牙數模擬................33
第四章 管螺紋接頭之拉伸試驗....................38
4.1 實驗目的與原理.........................38
4.2 實驗設備...............................38
4.2.1 萬能材料試驗機....................40
4.2.2 應變計............................40
4.2.3 應變計量測儀......................41
4.3 實驗材料....................................44
4.4 實驗方法...............................46
4.4.1 應變計黏貼準備工作................46
4.4.2 應變計之黏貼......................48
4.4.3 拉伸試驗前之準備工作..............49
4.4.4 試驗步驟..........................50
4.5 實驗結果與討論.........................51
第五章 結論與建議...............................59
5.1 結論...................................59
5.2 建議與未來展望.........................60
參考文獻........................................61
作者簡介........................................63

[1] GONG Wei-an. A brief discuss on the relationship
between seal ability and makeup torque of casing
thread. China Petroleum Machinery, 1995.
[2] 高連新、金燁，套管連接螺紋的受力分析與改善措施，上海
交通大學學報，2004。
[3] 高連新、史交齊、金燁，上扣扭矩對圓螺紋套管連接強度的
影響，天然氣工業，鑽井工程，2005。
[4] http://www.me.hwh.edu.tw/lab/e105/dmg/thread_2.htm。
[5] Zhao Hua. Analysis of the load distribution in a bolt- nut connector. Comupter and Structures, 1994.
[6] 陳愛軍、李向東，火箭彈發射時連接螺紋強度的數值分析和
研究，船舶力學，2006年。
[7] 楊強、苗德華、王艷麗、薛強 ，螺母牙形及旋合長度對螺栓
牙根部應力的影響，天津工程師範學院學報，2007。
[8] 方棟、陳繼志，高強度螺栓螺紋根部應力集中的有限元素分
析，材料開發與應用，2007。
[9] 朱紹鎔、蘇金佳，「材料力學」，東華書局發行。
[10] 姜武英，「螺絲連結之理論與計算」，全華科技圖書出版。
[11] 劉巨保、張薇、王世永，套管鑽井中連接螺紋力學分析及設
計計算，大慶石油學院學報，2006。
[12] 王柏村，「電腦輔助工程分析之實務與應用」，全華科技圖
書出版。
[13] ANSYS Help Topics。
[14] 「中國機械標準手冊」，中國標準發行。
[15] 李輝煌，「ANSYS工程分析基礎與觀念」，高立出版。
[16] http://www.chunyen.com.tw/chinese/006-cy6040a1.htm。
[17] CY-6040A1萬能材料試驗機使用說明，駿諺精機。
[18] P3 Strain indicator and Recorder Instruction
Manual,Vishay Micro-Measurements.
[19] 蘇金佳，「機械工程設計」，東華書局印行。
[20] 康淵、陳信吉，「ANSYS入門」，全華出版社。