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研究生: 傅照文
Fu, Chao-Wen
論文名稱: 電腦輔助分析無人機懸臂之結構最佳化分析
Computer-Aided Design and Structural Optimization Analysis of the Cantilever Beam used for Unmanned Aerial Vehicle
指導教授: 夏育群
Shiah, Yui-Chuin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系碩士在職專班
Department of Aeronautics & Astronautics (on the job class)
論文出版年: 2024
畢業學年度: 112
語文別: 中文
論文頁數: 100
中文關鍵詞: 電腦輔助分析田口方法多軸旋翼機漸縮角減重孔
外文關鍵詞: computer-aided analysis, Taguchi Methods, multi-rotor aircraft, taper angle, weight-reduction hole
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  • 本論文將透過電腦輔助分析的方式,來探討多軸旋翼機機身結構板之懸臂各項特徵尺寸及孔洞配置對於結構強度的影響。主要使用田口方法(Taguchi Methods),利用直交表(Orthogonal Array,OA)來安排各項實驗,並應用ANSYS Workbench Mechanical 模組來進行網格處理、邊界條件的設置,透過有限元素法(Finite element method)來進行模擬,比較各參數因子配置下各觀測數值之表現。並經由最佳化分析來找到各結構形態下相對最佳的參數配置。文中主要探討的設計因子有:懸臂的漸縮角、懸臂根部圓角半徑、減重孔位置及尺寸;觀察監測的數值主要為各點應力分布及變形量,最佳化的目標為單位質量的結構強度。經由電腦輔助分析來探討如何在能保持結構強度的前提下,達到機身結構輕量化的目標。

    This thesis explores the impact of various characteristic dimensions and hole configurations on the structural strength of cantilevered structural plates in multi-rotor aircraft fuselages through computer-aided analysis. The primary methodology employed is the Taguchi Methods, utilizing an Orthogonal Array (OA) to arrange various experiments. ANSYS Workbench Mechanical module is used for mesh processing and setting boundary conditions. Simulations are conducted using the Finite Element Method (FEM) to compare the performance of observed values under different parameter configurations. Optimization analysis is then performed to find the relatively optimal parameter configuration for each structural form.

    The main design factors discussed include the taper angle of the cantilever, the fillet radius at the root of the cantilever, and the position and size of weight-reduction holes. The observed and monitored values are primarily the stress distribution and deformation at various points, with the optimization goal being the structural strength per unit mass. This computer-aided analysis aims to explore how to achieve the goal of fuselage structural lightweighting while maintaining structural strength.

    中文摘要I 英文摘要II 誌謝VI 目錄VII 表目錄IX 圖目錄XI 符號XV 第一章 導論1 1.1前言1 1.2研究動機及目的2 1.3文獻探討3 1.4研究內容簡介4 第二章 研究方法與理論回顧6 2.1研究方法6 2.2 理論回顧7 第三章 研究步驟與流程10 3.1研究模型定義10 3.2實驗參數配置12 3.3模型建模14 3.4 ANSYS電腦輔助分析軟體設定19 3.4.1 模擬模組設定19 3.4.2 材料性質設定19 3.4.3 模型設定21 3.4.4 網格設定25 3.4.5模擬邊界條件設定29 3.4.6求解器設定32 3.4.7監測節點定義及設定33 3.5 節點資料後處理及計算40 第四章 結果討論47 4.1 外型及減重孔對2mm厚懸臂結構強度之影響47 4.2 外型及減重孔對1mm厚懸臂結構強度之影響53 4.3綜合討論59 第五章 結論及未來展望61 參考文獻63 附錄64

    [1]李輝煌,「田口方法:品質設計的原理與實務(第四版)」,高立圖書有限公司,中華民國,100年。
    [2]虎門科技,「ANSYS CFD 網格處理課程講義」,虎門科技股份有限公司,中華民國,25-70,107年。
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    [4]Gere J. M., Timoshenko S.P., “Mechanics of Materials”, PWS Publishing Company,1997.
    [5]Maghsoodloo Saeed ,Ozdemir Guttekin, JordanVictoria, Huang Chen-Hsiu, “Strengths and limitations of taguchi's contributions to quality, manufacturing, and process engineering”. Journal of Manufacturing Systems,73-126,2004.
    [6] Tsui Kwok-Leung, “AN OVERVIEW OF TAGUCHI METHOD AND NEWLY DEVELOPED STATISTICAL METHODS FOR ROBUST DESIGN”. IIE Transactions,44-57,1992.

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