研究生: |
施峻源 Shih, Jyun Yuan |
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論文名稱: |
含邊緣裂縫之纖維複合材料平板在板面受熱通量影響下之熱應力分析 Thermal Stress Analysis of a Fiber Composite Plate Containing an Edge Crack Subjected to Heat Flux |
指導教授: |
蔣長榮
Chiang, Chun Ron |
口試委員: |
葉孟考
Yeh Meng Kao 張禎元 Chang Jen Yuan |
學位類別: |
碩士 Master |
系所名稱: |
工學院 - 動力機械工程學系 Department of Power Mechanical Engineering |
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: | 熱通量 、應力強度因子 |
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本研究分析含邊緣裂縫之碳纖維環氧樹脂複合材料平板的熱應力行為。假設平板右側維持一定溫度,而左側受固定熱通量,上下兩側則受垂直拘束且絕熱,以有限單元分析軟體ANSYS來模擬,並視此問題為平面應變。
本文將問題分成熱分析與結構分析兩部份來處理,由於熱傳遞速度並非瞬間達成,因此需要用暫態分析來求解。為了能實際模擬裂縫表面,假設其一裂縫表面與外在環境同步改變,另一為假設裂縫表面與材料的熱性值相同,並探討不同時間點,不同裂縫長度下所造成的應力強度因子之變化。為了能順利計算出應力強度因子,並且避開處理奇異性的問題,本文將裂縫尖端處以一曲率半徑為0.5 mm的圓弧模擬之,其裂縫周圍會有應力集中的現象,運用熱應力及應力滑順因子來求得在不同時間點的應力強度因子。
結果發現,裂縫長度越長,應力值會跟著升高。z走向纖維的複材其應力場和應力強度因子會比y走向纖維的複材來得大。若在裂縫表面與外在環境同步改變的條件下,y走向纖維的複材其溫度場會比z走向纖維的複材來得高。若在裂縫表面與材料熱性質相同的條件下,y走向纖維的複材和z走向纖維的複材其溫度場會幾乎相同。
D. Broek著,陳文華、張士欽譯,基本工程破裂力學,國立編譯館,台北市,1995。
周寧,ANSYS機械工程應用實例,中國水力水電出版社,2006。
A. A. Griffith, “The Phenomena of Rupture and Flow in Solids”, Philosophical Transaction of the Royal Society of London, series A, vol.221, pp. 163–198, 1921.
M. L. Williams, “Stress Singularities Resulting from Various Boundary Condition in Angular Corners of Plates in Extension”, Journal of Applied Mechanics, vol. 19, pp 526-528, 1952.
E. Orowan, “Energy Criteria of Fracture”, Welding Journal, vol. 34, pp. 1575-1605, 1955.
G. R. Irwin, “Analysis of Stresses and Strains near the End of Crack Traversing a Plate”, Journal of Applied Mechanics, Vol.24, No.4, 1957.
蔡秝凱,正交性複合材料中裂縫前端的微觀尺度應力強度因子,碩士論文,國立清華大學,2004。
蔡佳豪,含邊緣裂縫之纖維複合材料平板在兩種不同纖維走向下之熱應力分析,碩士論文,國立清華大學,2012。
王斐治,含邊緣裂縫之複合材料平板在板內受熱對流影響下之應力分析,碩士論文,國立清華大學,2013。
J. H. Lienhard, A Heat Transfer Textbook, 2^nd ed., Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 1987.
T. L. Anderson, Fracture Mechanics Fundamentals and Applications, 3^rd ed., CRC Press, Boca Raton, 2005.
C. R. Chiang, “The stress field for a blunt crack in an anisotropic material,” International Journal of Fracture, Vol. 68, R41-R46, 1994. (and addendum in International Journal of Fracture, Vol. 70, R99, 1995.)
S. Parhizgar, L. W. Zachary, and C.T. Sun, “Application of the principles of linear fracture mechanics to the composite materials,” International Journal of Fracture, Vol. 20, pp. 3-15, 1982.
C. R. Chiang, “Kinked Cracks in an Anisotropic Material,” Engineering Fracture Mechanics, Vol. 39, pp. 927-930, 1991.
S. G. Lekhnitskii, Anisotropic Plates, Gordon & Breach, New York, 1968.
C. R. Chiang, “The Elastic Stress Fields Near Blunt Crack Tips in Orthotropic Materials,”第十六屆機械工程研討會論文集,pp.366-372, 1999.
J. P. Benthem, “Stress in the Region of Rounded Corners,” International Journal of Solids and Structures, Vol. 23, pp. 239-252, 1987.
C. R. Chiang, “On Stress Concentration Factors in Orthotropic Materials,” Journal of the Chinese Institute of Engineers, Vol. 22, No. 3, pp. 301-305, 1999.
R. D. Cook, D. S. Malkus, M. E. Plesha, R. J. Witt, Concepts and Applications of Finite Element Analysis , 4^th ed., John Wiley & Sons, Inc., Danvers, 2002.
劉晉奇、褚晴輝,有限元素分析與ANSYS的工程應用,滄海書局,2006。
R. F. Gibson, Principles of Composite Material Mechanics, 2nd ed., CRC Press, 2007.
J. V. Bausano, Structural Integrity of Polymer Matrix Composites Exposed to Fire Conditions, Master’s thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University, 2003.
陳韋伶,表面鍍銅改良碳纖維/環氧樹脂熱傳導性質之研究,碩士論文,成功大學,2003。
Help documentation from “Software : ANSYS 11.0”.
劉旻叡,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)平板中根據兩種不同裂縫滲透條件下之濕熱應力分析,碩士論文,國立清華大學,2011。