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研究生: 張富淼
Chang, Fu-Miao
論文名稱: 具曲度微構件之蜂巢材料勁度與強度
Elastic Moduli and Strengths of Regular Hexagonal Honeycombs With Curved Cell Edges
指導教授: 黃忠信
Huang, Jong-Shin
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: 2003
畢業學年度: 91
語文別: 中文
論文頁數: 60
中文關鍵詞: 曲桿蜂巢材料強度勁度
外文關鍵詞: Honeycomb, Strength, Elastic Moduli, Curved Cell Edge
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  • 蜂巢材料因具有質量輕、低熱傳導及高吸能等優點,已被廣泛應用於輕質結構工程上,為確保結構之安全性,必須對蜂巢材料行為具有相當程度瞭解。

    本研究主要探討具曲桿與具直桿蜂巢材料力學性質之差異性,亦即具曲桿蜂巢材料受外加載重時,楊氏模數、柏松比、脆性壓碎強度及塑性破壞強度受曲桿曲度影響程度。首先本文選擇圓弧曲線與正弦函數曲線兩種以模擬曲桿,然後建立力學分析模型再加以推導理論解。此外並使用有限元素法套裝軟體ABAQUS分析並模擬一無窮域具曲桿蜂巢材料,所得結果將與理論解作一比較與印證。

    The Young’s modulus, Poisson’s ratio, plastic collapse strength and brittle crushing strength of regular hexagonal honeycombs with non-straight cell edges are derived theoretically from a curved cell edge model. In the model, the geometry of curved cell edges is taken to be either circular or sinusoidal. Theoretical results indicate that the elastic moduli and strengths of regular hexagonal honeycombs are significantly affected by curved cell edges. To evaluate the effect of non-straight cell edges, the elastic moduli and strengths of regular hexagonal honeycombs with curved cell edges are normalized by those of same relative-density regular hexagonal honeycombs with straight cell edges. It is found that the normalized elastic moduli and strengths of regular hexagonal honeycombs decrease with increasing cell curvature and waviness. Meanwhile, the decreases of the normalized elastic moduli and strengths of regular hexagonal honeycombs with circular or sinusoidal cell edges are found to be only dependent on cell curvature and waviness, regardless of their relative density.

    目錄 摘要 Ⅰ 誌謝 Ⅱ 目錄 Ⅲ 圖目錄 Ⅴ 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 3 1.3 本文組織與內容 4 第二章 相關理論與文獻回顧 9 2.1蜂巢材料之變形機制 9 2.2 蜂巢材料之單軸抗壓行為 11 2.2.1 線彈性變形 11 2.2.2 塑性破壞強度 12 2.2.3 脆性壓碎強度 14 2.2.4 曲桿的強度與勁度 15 第三章 彈性係數 23 3.1圓弧曲線 23 3.2正弦函數曲線 28 3.3數值分析 33 3.4討論 34 第四章 強度 47 4.1圓弧曲線 47 4.1.1脆性壓碎強度 47 4.1.2塑性破壞強度 49 4.2正弦函數曲線 50 4.2.1脆性壓碎強度 50 4.2.2塑性破壞強度 51 4.3數值分析 53 4.4討論 53 第五章 結論 59 參考文獻 60 圖目錄 圖1-1 典型胞型材料之微觀結構(a)蜂巢材料(b)連通型泡沫 材料(c)封閉型泡沫材料[1] 5 圖1-2 典型之三明治層板結構 6 圖1-3 細胞型材料性質在工程上之適用範圍(a)密度(b)熱傳 導性(c)楊氏模數(d)強度[1] 7 圖1-4 封閉型泡沫鋁之微觀結構[2] 8 圖2-1 規則型六角形蜂巢材料[1] 17 圖2-2 蜂巢材料抗壓之應力應變曲線(a)彈性蜂巢材料(b)塑 性蜂巢材料(c)脆性蜂巢材料[1] 18 圖2-3 不同相對密度之應力應變曲線[1] 19 圖2-4 受壓微構件彎曲所造成蜂巢材料之線彈性變形(a)未 變形之蜂巢材料(b)為 X1方向受力之彎曲變形(c)為 X2方 方向受力之彎曲變形[1] 20 圖2-5 以正弦函數表示波浪狀微觀桿件 [2] 21 圖2-6 具曲桿蜂巢材料之正規化楊氏係數與塑性破壞強度[4] 22 圖3-1 曲桿所構成之規則六角形蜂巢材料(實線) 36 圖3-2 (a)圓弧曲線(b)正弦函數曲線 37 圖3-3 圓弧曲線微觀桿件之力學分析模型 38 圖3-4 具正弦函數曲桿蜂巢材料之力學分析模型 39 圖3-5 一無窮域具曲桿蜂巢材料於X1方向受外載壓應力 作用 40 圖3-6 有限域具曲桿蜂巢材料數值分析模式中邊界條件之 設定(a)上下相對應點變位相同(b)左右相對應點變位相同 41 圖3-7 (a)四個節點之固體元素CPS4R(b)八個節點之固體元 素CPS8R[6] 42 圖3-8 在不同 比值下具曲桿蜂巢材料之值 43 圖3-9 在不同 比值下具曲桿蜂巢材料之值 44 圖3-10在不同 比值下之蜂巢材料正規化楊氏模數值 45 圖3-11在不同 比值下之蜂巢材料柏松比值 46 圖4-1 (a)ABAQUS中之三點元素(b)樑元素B22斷面[6] 55 圖4-2 在不同 比值下具曲桿蜂巢材料之 值 56 圖4-3 在不同 比值下具曲桿蜂巢材料之 值 57 圖4-4 在不同 比值下具曲桿蜂巢材料之 及 值 58

    [1] L.J. Gibson and M.F. Ashby, “Cellular Solids: Structure and properties,” 2nd edition, Cambridge University Press. (1997).

    [2] J.L. Grenestedt, “Influence of wavy imperfections in cell walls on elastic stiffness of cellular solids,” J. Mech. Phys. Solids 46, 29-50 (1998).

    [3] C. Chen, T.J. Lu and N.A. Fleck, “Effect of imperfections on the yielding of two-dimensional foams,” Int. J. Mech. Sci. 43, 487-504 (2001).

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    [5] Y.Y. Hsieh and S.T. Mau, “Elementary Theory of Structures, ” 4th edition, Prentice Hall (1995).

    [6] Jibbitt, Karlsson and Sorensen, Inc. “Abaqus/Standard user’s manual.”

    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2003-07-07公開
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