簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 林敬倫
Lin, Jing-Lun
論文名稱: 不同深度局部尖銳凹槽圓管在循環彎曲負載下黏塑性行為之實驗研究
The Viscoplastic Response of Local Sharp-notched Circular Tubes with Different Notch Depths under Cyclic Bending
指導教授: 潘文峰
Pan, Wan-Fung
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: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 62
中文關鍵詞: 黏塑性行為曲度率循環彎曲曲率橢圓化
外文關鍵詞: viscoplastic response, curvature-rate, cyclic bending, curvature, ovalization
相關次數: 點閱:125下載:1
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 本文係探討局部尖銳凹槽SUS304不鏽鋼管在循環彎曲負載下的黏塑性力學行為及皺曲破壞。其中的尖銳凹槽深度為0.2、0.4、0.6、0.8及1.0 mm,而所控制的曲度率分別為0.35、0.035及0.0035 m-1s-1。由實驗結果得知,在曲度控制循環彎曲負載時,SUS304不鏽鋼管皆有循環硬化的現象,而經過幾個循環圈數後彎矩-曲度迴圈會呈穩定的狀態,且在較高曲度率時,其彎矩值也較大。此外,凹槽深度對彎矩-曲度關係幾乎沒有影響。至於橢圓化-曲度關係隨循環圈數增加而呈棘齒狀成長,在局部尖銳凹槽深度越大時,不僅橢圓化變化量越大,並呈現不對稱的趨勢將越明顯,且在越高曲度率時,其橢圓化變化量會越增加。
    實驗結果顯示,雖然有五種局部尖銳凹槽的深度及三種曲度率,但在雙對數座標的控制曲度-循環至皺曲圈數關係上卻皆呈現幾乎平行的直線。最後,本文提出理論方程式來描述在不同的曲度率控制下,不同局部尖銳凹槽深度圓管承受循環彎曲負載的控制曲度-循環至皺曲圈數關係。在與實驗結果比較後發現,方程式能夠合理描述實驗結果。

    In this study, the viscoplastic mechanical behavior and bulking failure of local sharp-notched SUS304 stainless steel tubes are discussed. The local sharp-notch depths include 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1.0 mm and und different curvature-rates include 0.35, 0.035 and 0.0035 m-1s-1. From experimental result, the moment-curvature curve that the SUS304 stainless steel tube exhibits cyclic hardening and becomes steady after a few cycles. Higher curvature-rate leads to higher moment. In addition, the notch depth doesn't have any influence on the moment-curvature relationship. As for the ovalization-curvature relationship, when the number of cycles increases, it appears the ratcheting manner. Higher depth leads to more higher and unsymmetrical ovalization- curvature relationship. Higher curvature-rate causes higher ovalization. Although five different local sharp-notched depths and three different curvature-rates are tested, but almost parallel straight lines can be seen for the relationship between the controlled curvature and number of cycles to produce buckling on the log-log scale.Finally, the theoretical equation is proposed for simulating the controlled curvature-number of cycles to produce buckling relationship for local sharp-notched circular tubes subjected to curvature-controlled symmetrical cyclic bending at the different curvature-rates. By comparing with the experimental data,the equation can properly simulate the experimental finding.

    目錄 中、英文摘要 I 致謝 X 目錄 XI 表目錄 XII 圖目錄 XIII 符號說明 XVIII 第一章 緒論 1 1-1研究動機與背景 1 1-2文獻回顧 1 1-3 研究目的 6 第二章 實驗設備 8 2-1彎管實驗機機台 8 2-2油壓伺服控制系統 9 2-3電腦監控系統 11 2-4檢測儀器 12 2-5 整體效能 15 第三章 實驗方法及原理 28 3-1實驗材料 28 3-2 實驗方式與原理 28 3-3實驗程序 29 3-4 數據分析 31 3-5 注意事項 34 第四章實驗結果與理論分析 38 4-1實驗彎矩與曲度之關係 38 4-2實驗橢圓化與曲度之關係 39 4-3實驗與理論分析曲度與循環至皺曲圈數之關係 40 第五章 結論 58 參考文獻 60 表目錄 表3-1 SUS304無縫不鏽鋼管化學元素表 37 表3-2 SUS304無縫不鏽鋼圓管尺寸表 (單位:mm ) 37 圖目錄 圖2-1 彎管實驗機本體示意圖 16 圖2-2 彎管實驗機本體 16 圖2-3 軸承座 17 圖2-4 彎管實驗機兩側鍊輪機構示意圖 17 圖2-5 實心桿 18 圖2-6 油壓設備 18 圖2-7 油壓伺服控制系統 19 圖2-8 油壓缸 19 圖2-9 伺服閥 20 圖2-10 馬達 20 圖2-11 過濾器 21 圖2-12 冷卻器 21 圖2-13 電腦監控系統 22 圖2-14 電腦監控系統示意圖 22 圖2-15 BendTest控制軟體介面 23 圖2-16 數位類比轉換器 23 圖2-17 伺服閥控制器 24 圖2-18 荷重檢測器 24 圖2-19 訊號放大器 25 圖2-20 曲度-橢圓化量測器 25 圖2-21 曲度-橢圓化量測器各部件示意圖 26 圖2-22 曲度檢測器的傾角器 26 圖2-23 管徑檢測器之磁性檢測器示意圖 27 圖2-24油壓缸力矩示意圖 27 圖3-1 尖銳凹槽圓孔照片 35 圖3-2 不同深度的尖銳凹槽圓孔照片 35 圖3-3 四點彎矩之負載示意圖 36 圖3-5 曲度量測器的量測角度示意圖 36 圖3-6 管徑斷面橢圓化示意圖 37 圖4-1局部尖銳凹槽深度為0.2 mm SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.0035m-1s-1循環彎曲負載下的彎矩(M)與曲度()關係圖 43 圖4-2局部尖銳凹槽深度為0.2 mm SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.035m-1s-1循環彎曲負載下的彎矩(M)與曲度()關係圖 44 圖4-3局部尖銳凹槽深度為0.2 mm SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.35m-1s-1循環彎曲負載下的彎矩(M)與曲度()關係圖 44 圖4-4局部尖銳凹槽深度為0.2 mm SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.0035m-1s-1循環彎負載下的橢圓化(△D0/D0)與曲度()關係圖 45 圖4-5局部尖銳凹槽深度為0.2 mm SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.035m-1s-1循環彎負載下的橢圓化(△D0/D0)與曲度()關係圖 45 圖4-6局部尖銳凹槽深度為0.2 mm SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.35m-1s-1循環彎負載下的橢圓化(△D0/D0)與曲度()關係圖 46 圖4-7局部尖銳凹槽深度為0.4 mm SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.0035m-1s-1循環彎負載下的橢圓化(△D0/D0)與曲度()關係圖 46 圖4-8局部尖銳凹槽深度為0.4 mm SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.035m-1s-1循環彎負載下的橢圓化(△D0/D0)與曲度()關係圖 47 圖4-9局部尖銳凹槽深度為0.4 mm SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.35m-1s-1循環彎負載下的橢圓化(△D0/D0)與曲度()關係圖 47 圖4-10局部尖銳凹槽深度為0.6 mm SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.0035m-1s-1循環彎負載下的橢圓化(△D0/D0)與曲度()關係圖 48 圖4-11局部尖銳凹槽深度為0.6 mm SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.035m-1s-1循環彎負載下的橢圓化(△D0/D0)與曲度()關係圖 48 圖4-12局部尖銳凹槽深度為0.6 mm SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.35m-1s-1循環彎負載下的橢圓化(△D0/D0)與曲度()關係圖 49 圖4-13局部尖銳凹槽深度為0.8 mm SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.0035m-1s-1循環彎負載下的橢圓化(△D0/D0)與曲度()關係圖 49 圖4-14局部尖銳凹槽深度為0.8 mm SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.035m-1s-1循環彎負載下的橢圓化(△D0/D0)與曲度()關係圖 50 圖4-15局部尖銳凹槽深度為0.8 mm SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.35m-1s-1循環彎負載下的橢圓化(△D0/D0)與曲度()關係圖 50 圖4-16局部尖銳凹槽深度為1.0 mm SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.0035m-1s-1循環彎負載下的橢圓化(△D0/D0)與曲度()關係圖 51 圖4-17局部尖銳凹槽深度為1.0 mm SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.035m-1s-1循環彎負載下的橢圓化(△D0/D0)與曲度()關係圖 51 圖4-18局部尖銳凹槽深度為1.0 mm SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.35m-1s-1循環彎負載下的橢圓化(△D0/D0)與曲度()關係圖 52 圖4-19實驗不同局部尖銳凹槽深度SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.0035m-1s-1循環彎曲負載下控制曲度(κc)與循環至皺曲圈數(Nb)的關係圖 52 圖4-20實驗不同局部尖銳凹槽深度SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.035m-1s-1循環彎曲負載下控制曲度(κc)與循環至皺曲圈數(Nb)的關係圖 53 圖4-21實驗不同局部尖銳凹槽深度SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.35m-1s-1循環彎曲負載下控制曲度(κc)與循環至皺曲圈數(Nb)的關係圖 53 圖4-22實驗不同局部尖銳凹槽深度SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.0035m-1s-1循環彎曲負載下控制曲度(κc)與循環至皺曲圈數(Nb)的雙對數座標關係圖 54 圖4-23實驗不同局部尖銳凹槽深度SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.035m-1s-1循環彎曲負載下控制曲度(κc)與循環至皺曲圈數(Nb)的雙對數座標關係圖 54 圖4-24實驗不同局部尖銳凹槽深度SUS304不鏽鋼管在κ ̇=0.35m-1s-1循環彎曲負載下控制曲度(κc)與循環至皺曲圈數(Nb)的雙對數座標關係圖 55 圖4-25實驗與理論不同局部尖銳凹槽深度SUS304不鏽鋼管在κ ̇= 0.0035m-1s-1循環彎曲負載下控制曲度(κc)與循環至皺曲圈數(Nb)的雙對數座標關係圖 55 圖4-26實驗與理論不同局部尖銳凹槽深度SUS304不鏽鋼管在κ ̇= 0.035m-1s-1循環彎曲負載下控制曲度(κc)與循環至皺曲圈數(Nb)的雙對數座標關係圖 56 圖4-27實驗與理論不同局部尖銳凹槽深度SUS304不鏽鋼管在κ ̇= 0.35m-1s-1循環彎曲負載下控制曲度(κc)與循環至皺曲圈數(Nb)的雙對數座標關係圖 56 圖4-28 logC與a/t的關係圖 57

    1. Kyriakides, S. and Shaw, P.K.,1982, “Response and Stability of Elastoplastic Circular Pipes under Combined Bending and External Pressure,” International Journal of Solids and Structures, Vol. 18, No. 11, pp. 957-973.
    2. Shaw, P. K. and Kyriakides, S.,1985, “Inelastic Analysis of Thin-Walled Tubes under Cyclic Bending,” International Journal of Solids and Structures, Vol. 21, No. 11, pp.1073-1110.
    3. Kyriakides, S. and Shaw, P. K., 1987,”Inelastic Buckling of Tubes under Cyclic Loads,” ASME Journal of Pressure Vessel and Technology, Vol. 109, pp. 169-178 .
    4. Corona, E. and Kyriakides, S.,1988,“On the Collapse of Inelastic Tubes under Combined Bending and Pressure,” International Journal of Solids and Structures, Vol. 24, No. 5, pp. 505-535 .
    5. Corona. E. and Kyriakides, S., 1991,“An Experimental Investigation of the Degradation and Buckling of Circular Tubes under Cyclic Bending and External Pressure,” Thin-Walled Structures, Vol. 12, pp. 229-263 .
    6. Batra, R. C. and Yang, J. S. ,1995, “Saint- Venant's Principle for Linear Elastic Porous Materials,” Journal of Elasticity, Vol. 39, pp. 265-271.
    7. Pan, W. F., Wang, T. R. and Hsu, C. M.,1998, “A Curvature- Ovalization Measurement Apparatus for Circular Tubes under Cyclic Bending,” Experimental Mechanics - an International Journal, Vol. 38, No. 2, pp. 99-102 .
    8. Pan, W. F. and Fan, C. H.,1998, “ An Experimental Study on the Effect of Curvature-Rate at Preloading Stage on Subsequent Creep or Relaxation of Thin-Walled Tubes under Pure Bending, ” JSME International Journal, Series A, Vol. 41, No.4, pp. 525-531.
    9. Lee, K. L., Pan, W. F. and Kuo, J. N.,2001,“ The Influence of the Diameter-to-Thickness Ratio on the Stability of Circular Tubes under Cyclic Bending, ” International Journal of Solids and Structures, Vol.38, pp. 2401-2413.
    10. Lee, K. L., Pan, W. F. and Kuo, J. N.,2001 “The Influence of the Diameter-to-Thickness Ratio on the Stability of Circular Tubes under Cyclic Bending,” International Journal of Solids and Structures, Vol.38, pp. 2401-2413.
    11. Lee, K. L., and Pan, W. F.,2001, “ Viscoplastic Collapse of Titanium Alloy Tube under Cyclic Bending, ” Structural Engineering and Mechanics – an International Journal, Vol. 11, No.3, pp. 315-324.
    12. Lee, K. L. and Pan, W. F.,2002,“ Pure Bending Creep of SUS 304 Stainless Steel Tuber, ” Steel and Composite Structures - an International Journal, Vol. 2, No.6, pp. 461-474.
    13. Lee, K. L., Shie, R. F. and Chang, K. H.,2005, “ Experimental and Theoretical Investigation of the Response and Collapse of 316L Stainless Steel Tubes Subjected to Cyclic Bending, ” JSME International Journal, Series A , Vol. 48, No.3, pp. 155-162.
    14. 范揚東,2006,「尖銳凹槽薄壁管在循環彎曲負載下麗學行為和皺曲損壞之研究」,國立成功大學工程科學研究所碩士論文。
    15. Chang, K.H., and Pan, W.F.,2009, “Buckling life estimation of circular tubes under cyclic bending,”International Journal of Solids and Structures Vol.46,pp. 254-270.
    16. 黃鈺茜,2009,「橢圓形凹槽圓管在循環彎曲負載下橢圓化和循環至皺曲圈數關係之研究」,國立成功大學工程科學研究所碩士論文。
    17. 翁弘杰,2011,「尖銳凹槽圓管在循環彎曲負載下平均曲度對皺曲行為影響之實驗研究」,國立成功大學工程科學研究所碩士論文。
    18. Lee, K.L.,Meng, C.H., and Pan, W.F.,2014,“The Influence of Notch Depth on the Response of Local Sharp-Notched Circular Tubes under Cyclic Bending,” Journal of Applied Mathematics and Physics,2014,2,335-341.

    無法下載圖示 校內:2017-09-03公開
    校外:不公開
    電子論文尚未授權公開,紙本請查館藏目錄
    QR CODE