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研究生：	陳柏勳 Chen, Po-Hsun
論文名稱：	桿件元素動力分析之破壞研究 Dynamic Failure Analysis of Bar Elements
指導教授：	徐德修 Hsu, Deh-Shiu
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：	2012
畢業學年度：	100
語文別：	中文
論文頁數：	96
中文關鍵詞：	鋼架結構、ANSYS 、有限元素法、桿件元素、動力、破壞分析
外文關鍵詞：	steel frame, ANSYS, finite element method, bar element, dynamic load, failure analysis
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由於電腦輔助分析軟體的發展趨於成熟，使有限元素分析技術愈來愈受歡迎且逐漸必須被土木營造業所普遍採用，可使建築結構達到更精緻的的設計，確保結構物的安全水準。鋼架為公共設施中常見之結構體，在成本與安全的雙重考量下，鋼架內部的斜撐桿件可有多種不同設計，本文針對不同斜撐桿件進行分析比較之工作。
研究中利用電腦輔助分析軟體ANSYS Workbench來分析鋼架搭配上不同的斜撐桿件設計，軟體中可進行材料彈塑性特性的設定，進行非線性動力行為分析。研究中除參考公共設施的鋼架設計資料，並輔以ANSYS Workbench DesignModeler繪製鋼架及斜撐桿件模型，利用所測試出的破壞靜力，將此破壞靜力轉換成動力去進行桿件的破壞分析，並進行變位分析及測試應力應變是否符合所假設的材料特性；最後，針對鋼架結構施於El Centro地震加速度，探討其破壞模式及變位量情形並進行不同設計之優劣比較。

關鍵字：鋼架結構、ANSYS、有限元素法、桿件元素、動力、
破壞分析

Due to the highly development of the computer-aided analytic software, finite element method has been much more popular and commonly used in civil engineering industry. In addition to enhance the design and strength of the buildings, it helps to improve the safety of the buildings, including steel structures. Safety and economy no doubt are the main concerns to engineers in the structural design process.
For the purpose to investigate the behavior of the structural responses in detail, software package ANSYS is used herein for the simulation analysis. It not only have the interface to set the material properties, but also to set the yield stress and failure stress. Mainly, three parts of work have done: firstly, the structural model is set by ANSYS Workbench DesignModeler through the data collected. Secondly, the tested static failure load is reffered into dynamic load to find the consistency of the stress-strain relations with the pre-set material properties. Finally, the failure mode and the responses of the frame members are investigated in detail when the structure is subjected to El Centro earthquake, and concluded with comparisons.

Keywords: steel frame, ANSYS, finite element method, bar element,
dynamic load, failure analysis

摘要.........................................................Ⅰ
致謝.........................................................Ⅲ
目錄.........................................................Ⅴ
表目錄.......................................................Ⅶ
圖目錄.......................................................Ⅷ
第一章 緒論	1
1-1 前言	1
1-2 研究動機與目的	1
1-3 研究方法	3
1-4 文獻回顧	5
1-5 章節提要	9
第二章 理論基礎	10
2-1有限元素法	10
2-2 ANSYS有限元素分析軟體	11
2-2.1 元素種類	12
2-2.2 結構分析	15
2-3 鋼斜撐的基本理論與強度分析	16
2-3.1 鋼材料應力-應變關係	16
2-3.2 降伏條件準則	18
2-4 拉力與壓力之破壞理論分析	19
2-4.1 拉力理論分析	20
2-4.2 壓力理論分析	20
2-4.3 彈性挫屈理論與非彈性挫屈理論	20
    2-5 動力分析之理論	23
第三章 鋼架及斜撐桿件模型之規劃與模擬	29
3-1 鋼架及斜撐桿件基本材料特性	29
3-2 實體模型的建立	31
3-2.1 鋼架之設計尺寸及結構型式	31
3-2.2 斜撐桿件模型的建立	33
3-3 元素網格的劃分	36
3-3.1 使用之元素型式	36
3-3.2 網格分割	38
3-4 接觸元素的設定	42
3-5 邊界條件與載重的設定	43
3-6 結果顯示的設定	47
第四章 數值模擬分析結果	48
4-1 數值模擬之目標	48
4-2 數值模擬分析結果	48
4-2.1基準地震力分析	49
4-2.2 初始降伏點分析	56
4-2.3 結構破壞力分析	72
第五章 結論與建議	91
5-1 結論	91
5-2 未來展望	93
參考文獻 94
                                    

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