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研究生：	劉誠議 Liu, Cheng-Yi
論文名稱：	水溝蓋之有限元素分析與設計 Finite Element Analysis and Design on Drain Ditch Cover
指導教授：	潘文峰 Pan, Wen-Feng
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 工程科學系 Department of Engineering Science
論文出版年：	2009
畢業學年度：	97
語文別：	中文
論文頁數：	75
中文關鍵詞：	有限元素
外文關鍵詞：	ansys
相關次數：	點閱：83 下載：8
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由於國際鋼鐵價格飆漲，鋼鐵製的相關產品製造成本提高且回收價值可觀，因此引起不少不法人士的覬覦，一般道路上常使用的鑄鐵水溝蓋便成為偷竊的目標。為了降低失竊率，本文將原本鑄鐵材質的水溝蓋改為纖維加強高分子複合材料的水溝蓋，並針對水溝蓋的不同造型加以分析。
理論分析將分為三部份進行，第一部份運用Pro/Engineer 3D繪圖軟體建立水溝蓋的模式及相關的尺寸。第二部份為根據所建立之水溝蓋模型轉換到有限元素分析軟體ANSYS上，並進行模型元素的網格化及邊界條件的建立，之後再以ANSYS求得水溝蓋應力及變形的狀況。第三部份為使用田口式最佳化設計軟體，求出水溝蓋模型的最佳化設計尺寸，達到在設計水溝蓋上安全、經濟的目的。

Owing to the rise of the international steel price, the cost of the related steel product raises and the recycle price is considerable. Therefore, the drain ditch covers made by cast iron become the target of the thefts. In order to reduce rate of stealing, this thesis proposes Fiber Reinforced Plastics (FRP) to replace original material of the cast iron of the drain ditch covers. In this study, different types of the drain ditch covers will be analyzed.

The theoretical analysis procedure is divided into three parts. The first part is to use the 3D graphic software Pro/Engineer to build the drain ditch cover model and its related size. The second part is to base on the designed model and transfer the model to the finite element program “ANSYS” and build the model element mesh. After that, by setting up the boundary and loading conditions, the stress and deformation of the model structure are determined by ANSYS. The third part is to use the “Taguchi Method” to optimize the size of the drain ditch cover model. It is expected to design an optimal drain ditch cover which is safe and economic.

摘    要	------------------------------------------------------------------------	Ⅰ
Abstract	------------------------------------------------------------------------	Ⅱ
致    謝	------------------------------------------------------------------------	Ⅲ
目    錄	------------------------------------------------------------------------	Ⅵ
表 目 錄	------------------------------------------------------------------------	Ⅷ
圖 目 錄	------------------------------------------------------------------------	IX

		
第一章	緒論---------------------------------------------------------	1
	1-1 研究動機與目------------------------------------------------	1
	1-2 文獻回顧------------------------------------------------------	3
	1-3 研究方法------------------------------------------------------	5
	1-4 章節提要------------------------------------------------------	7
第二章	理論基礎---------------------------------------------------	9
	2-1 塑性理論基礎------------------------------------------------	9
	2-2 有限元素分析法---------------------------------------------	12
	2-3 Pro/Engineer繪圖軟體---------------------------------------	15
	2-4 ANSYS有限元素分析軟體---------------------------------	16
	2-5 田口氏品質工程分析---------------------------------------	18
	2-5-1直交表(Orthogonal Array)---------------------------	19
	2-5-2自由度（Degree of Freedom）------------------------	19
	2-5-3信號雜音比(Signal to Noise Ratio)----------------	20
	2-5-4回應表--------------------------------------------------	20
	2-5-5變異數分析--------------------------------------------	21
第三章	FRP水溝蓋之材料概論--------------------------------------	29
	3-1工程材料簡介-------------------------------------------------	29
	3-1-1高分子材料--------------------------------------------	30
	3-1-2高分子材料種類--------------------------------------	30
	3-2複合材料簡介-------------------------------------------------	30
	3-2-1複合材料的組成成分--------------------------------	31
	3-2-2複合材料之區分--------------------------------------	33
	3-2-3複合材料之應用--------------------------------------	34
	3-3 FRP纖維強化塑膠-------------------------------------------	35
	    3-3-1強化材--------------------------------------------------	36
	    3-3-2補強物-纖維-------------------------------------------	36
	    3-3-3纖維方向性--------------------------------------------	38
	3-4 FRP水溝蓋之複合材料Grivory HTV系列-------------	39
	   3-4-1 Grivory HTV系列------------------------------------	39
第四章	FRP水溝蓋模型之建立與分析---------------------------	41
	4-1水溝蓋模型分析流程----------------------------------------	41
	4-2模型建立與評估----------------------------------------------	41
	4-2-1 FRP水溝蓋的結構模型------------------------------	41
	4-3 FRP水溝蓋模型進行有限元素分析----------------------	42
	4-3-1前處理----------------------------------------------------	42
	   4-3-2求解------------------------------------------------------	44
	   4-3-3後處理---------------------------------------------------	44
第五章	田口氏方法實驗分析------------------------------------	61
	5-1田口方法實驗流程-------------------------------------------	61
	5-2田口方法實驗步驟-----------------------------------	61
	5-3驗結果與資料分析-----------------------------------	62
	   5-3-1水溝蓋模型實驗分析結果---------------------------	63
	   5-3-2最佳的因子組合---------------------------------------	63
第六章	結論和建議------------------------------------------------	70
	6-1結論-------------------------------------------------------------	70
	6-2建議------------------------------------------------------------	71
參考文獻	------------------------------------------------------------------------	73
自    述	------------------------------------------------------------------------	75
表3.1	工程材料的種類---------------------------------------------------	29
表3.2	金屬材料與複合材料之機械性質比較------------------------	31
表3.3	以基材來區分之複合材料---------------------------------------	34
表3.4	複合材料之功能區分---------------------------------------------	34
表3.5	玻璃纖維之基本性質---------------------------------------------	38
表3.6	各項材料參數------------------------------------------------------	40
表3.7	各材料組成成份---------------------------------------------------	40
表4.1	材料參數------------------------------------------------------------	46
表4.2	四種水溝蓋模型元素個數及節點個數------------------------	46
表4.3	四種水溝蓋模型之最大等效應力值---------------------------	46
表4.4	四種水溝蓋模型之垂直方向最大位移量---------------------	47
表5.1	控制因子及其水準表---------------------------------------------	64
表5.2	L4(23)直交表-------------------------------------------------------	64
表5.3	實驗結果------------------------------------------------------------	65
表5.4	S/N比反應表-------------------------------------------------------	65
圖2.1	應力應變圖---------------------------------------------------------	25
圖2.2	雙線性動態硬化模式說明圖------------------------------------	25
圖2.3	多線性等向性硬化圖---------------------------------------------	26
圖2.4	複線性等向硬化枝表示方式------------------------------------	26
圖2.5	CAE 處理流程----------------------------------------------------	27
圖2.6	ANSYS 處理流程------------------------------------------------	27
圖2.7	田口參數設計的流程---------------------------------------------	28
圖4.1	ANSYS分析流程-------------------------------------------------	48
圖4.2	水溝蓋一之立體圖和尺寸圖------------------------------------	49
圖4.3	水溝蓋二之立體圖和尺寸圖------------------------------------	50
圖4.4	水溝蓋三之立體圖和尺寸圖------------------------------------	51
圖4.5	水溝蓋四之立體圖和尺寸圖------------------------------------	52
圖4.6	三維結構元素：Solid187----------------------------------------	53
圖4.7	水溝蓋模型一網格分佈圖---------------------------------------	54
圖4.8	水溝蓋模型二網格分佈圖---------------------------------------	54
圖4.9	水溝蓋模型三網格分佈圖---------------------------------------	55
圖4.10	水溝蓋模型四網格分佈圖---------------------------------------	55
圖4.11	FRP水溝蓋負載與邊界條件------------------------------------	56
圖4.12	水溝蓋模型一垂直方向應力與位移分佈圖------------------	57
圖4.13	水溝蓋模型二垂直方向應力與位移分佈圖------------------	58
圖4.14	水溝蓋模型三垂直方向應力與位移分佈圖------------------	59
圖4.15	水溝蓋模型四垂直方向應力與位移分佈圖------------------	60
圖5.1	水溝蓋造型四的尺寸---------------------------------------------	66
圖5.2	水溝蓋造型四第一組應力分析圖------------------------------	67
圖5.3	水溝蓋造型四第二組應力分析圖------------------------------	67
圖5.4	水溝蓋造型四第三組應力分析圖------------------------------	68
圖5.5	水溝蓋造型四第四組應力分析圖------------------------------	68
圖5.6	S/N比反應圖-------------------------------------------------------	69
圖5.7	最佳參數設計之等效應力分布圖------------------------------	69
                                    

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校內：2012-01-08公開
校外：2012-01-08公開

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