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研究生: 許瑞蘩
Xu, Rui-Fan
論文名稱: 蜂巢相關材料彈塑性行為之研究
Analyses on the Elasto-Plastic Behavior of Honeycomb-like Materials
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: 2021
畢業學年度: 109
語文別: 中文
論文頁數: 77
中文關鍵詞: 蜂巢相關材料完美塑性彈塑性變形初始降伏完全塑性有限元素數值分析共軛梁法
外文關鍵詞: honeycomb-like material, perfectly-plastic, elasto-plastic deformation, finite element numerical analysis, conjugated beam method
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  • 本研究主要探討蜂巢相關材料之彈塑性變形行為,由於蜂巢相關材料之主要變形機制乃其微觀桿件之撓曲變形,因此,採用一細長梁加以模擬微觀桿件,假設其承受不同載重與邊界束制,理論推導及數值分析此細長梁及蜂巢相關材料受力及變形行為。利用有限元素套裝軟體ABAQUS,建立不同幾何條件之數值分析模型,假設組成固體材料為一完美塑性材料,配合適當邊界束制及施力條件,進行其彈塑性行為之數值分析。然後,理論推導一細長懸臂梁,當進入塑性變形後之折減勁度,轉換成共軛梁上之放大載重,求取此共軛梁之彎矩,亦即原細長懸臂梁之垂直位移。接著,將數值分析結果及理論推導公式中之施力變形關係,進行正規化及無因次化處理,進而獲得一致施力變形關係,因此,可使用理論推導所得之關係公式,描述微觀桿件彈塑性行為,最後,進一步將微觀桿件之施力變形關係,透過物理尺度轉換,求得整體蜂巢相關材料的彈塑性應力應變關係。

    SUMMARY
    The elasto-plastic behavior of honeycomb-like materials with different relative densities is analyzed theoretically and numerically. It is assumed that the solid material from which honeycombs are made is linearly elastic-perfectly plastic and the bending of cell edges is their dominant deformation mechanism. The transition from initial yielding to full plasticity of cell edges in honeycomb-like materials is of concern and studied here. An expression for describing the force-deformation curve of the transition is obtained theoretically by using the conjugate beam method and then verified numerically by using the finite element package ABAQUS. The elasto-plastic deformation behaviors of honeycomb-like materials with four different types of cell-edge geometries, such as curved cell-edge, variable-thickness cell-edge and straight uniform-thickness cell-edge, are first analyzed and then compared to each other. As a result, a theoretical formula is found and can be utilized to describe the elasto-plastic behavior of honeycomb-like materials.

    Keywords: honeycomb-like material, perfectly-plastic, elasto-plastic deformation, finite element numerical analysis, conjugated beam method.

    摘要 I Extended Abstract II 誌謝 VII 目錄 IX 表目錄 XII 圖目錄 XIII 符號定義 XVI 第壹章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 本文組織與內容 2 第貳章 相關理論與文獻回顧 4 2.1 相對密度 4 2.1.1 商用蜂巢材料 5 2.1.2 具曲度蜂巢材料 6 2.1.3 變斷面蜂巢材料 7 2.2 蜂巢材料變形機制 9 2.3 蜂巢材料力學性質 10 2.4 細長梁塑性變形理論 12 第參章 規則正六邊形蜂巢材料 25 3.1 完美塑性材料 25 3.2 數值分析模型設定 26 3.3 塑性變形理論推導 27 3.4 數值分析與理論結果比較 34 3.5 尺度轉換之理論推導 36 3.5.1 線彈性階段 36 3.5.2 初始降伏至完全塑性階段 39 3.5.3 無因次化與正規化 40 第肆章 不同微結構之蜂巢相關材料 51 4.1 數值分析模型設定 51 4.1.1 商用蜂巢材料微觀桿件 51 4.1.2 具曲度蜂巢材料微觀桿件 52 4.1.3 變斷面蜂巢材料微觀桿件 52 4.2 塑性變形理論推導 52 4.2.1 商用蜂巢材料微觀桿件 53 4.2.2 具曲度蜂巢材料微觀桿件 53 4.2.3 變斷面蜂巢材料微觀桿件 54 4.3 數值分析與理論結果比較 60 4.3.1 商用蜂巢材料微觀桿件 61 4.3.2 具曲度蜂巢材料微觀桿件 62 4.3.3 變斷面蜂巢微觀桿件 63 第伍章 結論與建議 74 5.1 結論 74 5.2 建議 75 參考文獻 77

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    [10]Dassault Systèmes Simulia Corp., 士盟瑞其CAE團隊, ”最新Abaqus實務入門引導 ”, 全華圖書股份有限公司出版, 2013.

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