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研究生: 王斐治
論文名稱: 含邊緣裂縫之複合材料平板在板面受熱對流影響下之應力分析
The Thermal Stress Analysis of a Composite Plate Containing Crack with Heat Convection Effect
指導教授: 蔣長榮
口試委員: 張禎元
葉孟考
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: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 147
中文關鍵詞: 破裂力學熱對流
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  • 應力強度因子(Stress Intensity Factor)為一個描述裂縫前緣附近應力場的重要指標,在本文中吾人將探討一含邊緣裂縫之碳纖維環氧樹脂複合材料平板,在一側恆溫,另一側受熱對流的條件下所造成的張裂型裂縫周圍應力集中的現象,探討空氣的自然對流與強制對流兩種不同環境條件,並利用滑順因子推導各個時間點的應力強度因子。熱擴散速度較慢,時間是一個很重要的參數,因此使用暫態(Transient)來做分析,同時為了更貼近裂縫前端實際的幾何情況及使用滑順因子之公式,裂縫前端是以一曲率半徑為0.5mm之圓弧模擬之,探討在不同時間點,不同的裂縫尺寸,所造成之應力強度因子之變化。真實情況下熱對流對於裂縫區域影響較為複雜,因此在本文中假設兩種極端的條件,一是裂縫表面與外在環境同步改變,一是將裂縫視為材料本身。結果發現,隨著時間的經過,兩種條件下的應力差將會越來越大,裂縫長度越長或是在強制對流的環境條件下此影響越明顯。


    摘要..............................I 目錄..............................II 圖目錄............................IV 表目錄............................IX 第一章 緒論......................1 1.1 前言.........................1 1.2 研究動機與方法.................2 第二章 基礎理論...................4 2.1 熱傳導之數學模型...............4 2.2 熱應力、應變之關係..............4 2.3 熱傳分析......................5 2.4 線彈性破裂力學.................6 2.5 異向性彈性理論.................7 2.6 正交性材料的破壞力學............9 2.7 應力強度因子..................10 2.8 應力滑順因子..................11 第三章 有限單元法................13 3.1 有限單元法理論與推導...........13 3.2 熱傳有限單元法................15 3.3 等參數單元...................17 3.4 高斯積分法...................19 第四章 模型建立與分析.............21 4.1 問題描述.....................21 4.2 模型建立.....................21 4.3 模型合理性驗證................22 4.3-1 溫度場驗證.................23 4.3-2 平板內應力分佈合理性驗證......23 4.4 含初始裂縫平板之熱應力分析......24 第五章 結果與討論................25 5.1 應力強度因子的計算.............26 5.2 各CASE之結果.................27 5.3 應力強度因子的比較.............29 第六章 結論.....................31 參考文獻..........................32

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