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研究生: 蔡孟政
Tsai, Meng-Cheng
論文名稱: 複合圓桿扭轉問題之解析
Saint-Venant's torsion of circular composite shafts
指導教授: 陳東陽
Chen, Tungyang
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: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 97
中文關鍵詞: 複數扭轉函數扭轉剛度週期排列
外文關鍵詞: complex torsion function, torsional rigidity, periodic inclusions
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  • 本文主要探討圓形桿件內含有圓形內含物之扭轉問題,藉由複數諧和函數建立解析問題的架構,而求得翹曲函數與扭轉剛度,並以扭轉剛度之數值結果與文獻比較,映證扭轉剛度正確性;另外,依據扭轉剛度界限的觀點,評估扭轉剛度數值結果的正確性,並加以探討桿件之幾何參數與材料對扭轉剛度界限的影響。接著,考慮圓形桿件內含有週期排列內含物。利用旋轉對稱的特性,簡化界面連續條件,減少待定係數與線性方程式數目;另外,探討週期排列內含物之零翹曲曲線之特性,與級數項次對應扭轉剛度收斂的關係。最後,根據中性內含物之定義,由本文的架構推導圓形桿件內有中性複合圓柱之限制條件,並以數值結果呈現翹曲函數圖與扭轉剛度。

    We consider the Saint-Venant's torsion of circular shafts containing a number of circular fibers. The complex variable method together with a conformal mapping technique is employed to derive the warping field and torsional rigidity of composite shafts. Numerical results of warping function and torsional rigidity are presented for a few simple configurations and are compared with existing solutions in the literature. In addition, the results are verified with rigorous bounds on the torsional rigidity based on variational principles. Next, we consider circular shafts containing circular inclusions with a periodic arrangement. We find that the zero warping lines can be identified. Due to the periodicity, we can also simplify the interface continuity conditions so that the number of unknown coefficients to be fulfilled can be much reduced. Finally, the definition of neutral inclusions allows us to construct the constraint conditions of circular shaft containing neutral coated fibers.

    中文摘要 I Abstract II 誌謝 III 目 錄 IV 表 目 錄 VI 圖 目 錄 VII 符號表 IX 第一章 緒論 1 1.1 理論背景與文獻回顧 1 1.2 論文內容簡介 2 第二章 基本扭轉公式 4 2.1 基本扭轉公式 4 2.1.1 翹曲函數 4 2.1.2 共軛函數式 7 第三章 圓形桿件內部含有多個圓柱或複合圓柱內含物 9 3.1 圓形桿件內部含有多個均質圓柱內含物 9 3.1.1桿件邊界條件及桿件基底與內含物連續條件之推導 9 3.1.2 桿件內含有多個圓柱內含物扭轉函數之推導 12 3.2 圓形桿件內部含有多個複合圓柱 20 3.2.1 桿件邊界條件及桿件基底與複合圓柱連續條件之推導 20 3.2.2 桿件內含有多個複合圓柱扭轉函數之推導 22 3.3 圓形桿件內部含有多個圓柱或複合圓柱之扭轉剛度 29 3.3.1 桿件之扭轉剛度計算式 29 3.3.2 圓形桿件內部含有多個圓柱內含物之扭轉剛度 30 3.3.3 圓形桿件內部含有多個複合圓桿之扭轉剛度 32 3.4 圓形桿件含有多個均質圓柱內含物數值計算結果 34 3.4.1 扭轉剛度 34 3.4.2 翹曲函數圖 35 3.5 圓形桿件含有多個複合圓柱數值計算結果 36 3.5.1 扭轉剛度 36 3.5.2 翹曲函數圖 37 第四章 圓桿內含週期排列之圓柱或複合圓柱 49 4.1 圓形桿件內部含有週期排列之圓柱 49 4.1.1 均質圓柱之扭轉函數係數轉換 49 4.1.2 週期排列內含物之係數關係推導 52 4.1.3 週期排列圓柱之扭轉函數 55 4.2 圓形桿件內含有週期排列之複合圓柱 60 4.2.1 複合圓柱扭轉函數係數之轉換 60 4.2.2 複合圓柱週期排列之係數關係推導 61 4.2.3 週期排列複合圓柱之扭轉函數 62 4.3圓桿內含週期排列之圓柱或複合圓柱的扭轉剛度 66 4.3.1圓形桿件內含週期排列之圓柱的扭轉剛度 66 4.3.2圓形桿件內含週期排列之複合圓柱扭轉剛度 67 4.4週期排列之均質圓柱數值運算結果 70 4.4.1圓形桿件內含有週期排列圓柱之扭轉剛度數值結果 70 4.4.2圓形桿件內含有週期排列圓柱之翹曲函數圖 71 4.5週期排列之複合圓柱數值運算結果 72 4.5.1圓形桿件內含有週期排列複合圓柱之扭轉剛度 72 4.5.2週期排列複合圓柱之翹曲函數圖 72 4.5.3零翹曲曲線之探討 73 第五章 扭轉剛度界限與中性複合圓桿之探討 80 5.1複合圓桿之扭轉剛度界限 80 5.1.1圓形桿件內含有圓柱形內含物之界限 80 5.1.2扭轉剛度上下限與數值運算之比較 81 5.2中性複合圓柱之數值計算 83 5.2.1部分中性複合圓柱 83 5.2.2完全中性複合圓柱 85 第六章 結論與未來展望 93 6.1結果與推論 93 6.2未來展望 94 參考文獻 95 附錄A 二項式定理 96 自述 97

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    校外:2011-08-25公開
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