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研究生: 易家伶
Yi, Chia-ling
論文名稱: 含孔複合材料圓柱殼受扭力及軸力載重之非線性分析
Nonlinear Analyses of Composite Laminated Cylindrical Shells with Hole and Subjected to Combined Axial Force and Torsion
指導教授: 胡宣德
Hu, Hsuan-teh
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 127
中文關鍵詞: 定值剪力參數複合材料
外文關鍵詞: constant shear parameter, composite
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  • 本論文研究使用一套非線性破壞分析模式,針對開孔複合材料圓柱殼受扭力載重下的情形,進行材料的破壞預測及分析探討。此非線性破壞分析模式主要包含三部分:1.材料破壞前的非線性組成律、2.預測破壞時機的混合破壞準則、3.後破壞分析模式。
    開孔纖維複合材料圓柱殼破壞前的非線性行為模擬,乃假設複合材料單層板在軸向及側向均為彈性─塑性行為,而面內剪力則使用定值剪力參數來模擬之。破壞時機的判斷依據則使用混合破壞準則,結合Tsai-Wu破壞準則和最大應力準則的優點。在後破壞行為分析中,對複合材料單層板軸向和剪力方向之行為均假設成脆性模式破壞,而側向則採用逐降模式模擬之。
    利用所建立的模型,延伸探討開孔複合材料圓柱殼受扭力作用下,在不同開孔孔徑尺寸、圓柱殼尺寸、疊序和扭力軸力之間的交互關係影響,作出歸納分析並討論之以期能應用在實務上。

    A nonlinear failure mode had been used for studying and predicting material failure under the condition of composite laminated cylindrical shells with hole and subjected to combined axial force and torsion. This nonlinear failure mode including three parts: first, the nonlinear constitutive law of material before failure; second, the mixed failure criterion to predict the time of failure; third, the analysis of post failure mode.
    The simulation of nonlinear mode before failure for the composite laminated cylindrical shells with hole is assumed that lamina is plastic-elastic in axial and transverse directions, and using constant shear parameter in in-plane. The mixed failure criterion, combining the excellence of Tsai-Wu theory and maximum stress theory, had been used for judge failure timing. During analyzing of post failure mode for the composite laminated cylindrical shells with hole, the brittle failure mode had been adopted in axial and shear direction, and degrading mode in transverse direction.
    Analyzed and discussed the conclusion about this study which is composite laminated cylindrical shells with hole under torsion load with different size of holes, cylindrical lengths, order of laminates, and torsion-axial forces.

    論文摘要••••••••••••••••••••••••••••••••Ⅰ ABSTRACT•••••••••••••••••••••••••••••••II 致謝•••••••••••••••••••••••••••••••••••III 目錄•••••••••••••••••••••••••••••••••••IV 圖目錄•••••••••••••••••••••••••••••••••VIII 符號說明••••••••••••••••••••••••••••••••XIII 第一章 緒論•••••••••••••••••••••••••••••••1 1.1 前言•••••••••••••••••••••••••••••••1 1.2 文獻回顧••••••••••••••••••••••••••••2 1.3 破壞理論••••••••••••••••••••••••••••3 1.4 研究主題與目的•••••••••••••••••••••••••5 第二章 複合材料疊層板之基本公式••••••••••••••••••8 2.1 複合材料簡介••••••••••••••••••••••••••8 2.2 正向性單層板的線性應力─應變關係••••••••••••••9 2.3 正向性單層板的非線性分析模式••••••••••••••••11 2.4 單層板在任意座標的非線性應力─應變關係••••••••••13 第三章 複合材料之破壞準則理論回顧•••••••••••••••••16 3.1 前言••••••••••••••••••••••••••••••16 3.2 破壞準則理論•••••••••••••••••••••••••16 3.3 極限理論••••••••••••••••••••••••••••17 3.3.1 最大應力準則•••••••••••••••••••••17 3.3.2 最大應變準則•••••••••••••••••••••19 3.4 應變能理論•••••••••••••••••••••••••••21 3.4.1 von Mises等向性降伏準則•••••••••••••••22 3.4.2 Tsai-Hill破壞準則•••••••••••••••••••22 3.5 多項式理論•••••••••••••••••••••••••••25 3.5.1 Hoffman破壞準則•••••••••••••••••••25 3.5.2 Tsai-Wu破壞準則•••••••••••••••••••27 3.6 直接模式運算理論•••••••••••••••••••••••29 3.6.1 Hashin-Rotem破壞準則••••••••••••••••29 3.6.2 Hashin破壞準則••••••••••••••••••••32 3.6.3 Lee破壞準則•••••••••••••••••••••33 3.6.4 Edge破壞準則•••••••••••••••••••••35 3.6.5 Chang破壞準則••••••••••••••••••••37 第四章 建議之非線性破壞分析模式••••••••••••••••••38 4.1 概述••••••••••••••••••••••••••••••38 4.2 材料破壞發生前之非線性組成律••••••••••••••••39 4.3 混合破壞準則•••••••••••••••••••••••••41 4.4 後破壞分析模式••••••••••••••••••••••••42 4.5 複合材料疊層板之控制方程式•••••••••••••••••44 4.6 正規化破壞應力及破壞貢獻度•••••••••••••••••45 第五章 數值模型之分析••••••••••••••••••••••••47 5.1 前言••••••••••••••••••••••••••••••47 5.2 數值模型之建立••••••••••••••••••••••••48 5.3 材料性質••••••••••••••••••••••••••••49 5.4 收斂性分析•••••••••••••••••••••••••••50 5.5 分析內容••••••••••••••••••••••••••••52 5.5.1 開孔孔徑與疊層對複合材料圓柱殼受扭力的影響•••53 5.5.2 圓柱管長尺寸對開孔複合材料圓柱殼的影響••••••57 5.5.3 受力狀態對開孔複合材料圓柱殼的影響••••••••60 第六章 分析結果與建議••••••••••••••••••••••••63 6.1 結論••••••••••••••••••••••••••••••63 6.2 建議••••••••••••••••••••••••••••••66 參考文獻•••••••••••••••••••••••••••••••••67 附圖•••••••••••••••••••••••••••••••••••70 附錄•••••••••••••••••••••••••••••••••••113 附錄A Fortran Subroutine-Mixed Failure Criterion••••••••••••114 附錄B ABAQUS Program Input File•••••••••••••••••••123 自述•••••••••••••••••••••••••••••••••••127

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    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2007-07-04公開
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