两孔平板承受拉伸负载之三维应力集中特性分析Analysisof-联合大学.PDFVIP

組別: ■實作組 □設計組 理工學院優秀專題競賽論文 兩孔平板承受拉伸負載之三維應力集中特性分析 Analysis of three-dimensional stress concentration of PMMA plate with two equal circular holes under tension 古運宏 黃泓文 國立聯合 大學機械工程學系 摘要 本文主要研究壓克力(PMMA)板具有兩相等圓孔承受拉伸負載之三維與應力集中因數，研究時 使用 ANSYS模擬軟體，分析板材上之兩平行圓孔探討厚度與孔半徑比，兩孔中心距與孔半徑比對材 料應力分佈應力集中因素之影響並建立經驗公式。分析結果顯示最大應力發生在兩圓孔處，材料厚度 與兩孔中心距對應力集中有明顯影響，構件承受橫向負載與縱向負載時，當B/r值3.3 ，Kt的大小隨 B/r值的增加而增加；當 B/r值3.3 ，Kt的大小隨 B/r值的增加而減少。構件承受橫向負載，當 L/r值 8.9 ，Kt的大小隨 L/r值的增加而增加；當 L/r值8.9 ，Kt的大小隨 L/r值的增加而遞減。構件承受縱 向負載時， L/r值對 Kt的影響，明顯與承受橫向負載時不同。 關鍵字：壓克力 (PMMA) 、應力集中因數、三維結構應力、拉伸負載。 20 10年Yang[ 13]提出圓孔板材外部平面彎曲之應力應 1.前言 變研究，另外Sternberg等人[14] 用級數展開任意厚度之圓 應力集中普遍存在於機械結構，為了避免結構因應力集 孔板材，獲得三維平面應力之近似解。 中產生破壞，近年來許多工程技術人員探討此問題 [1] 。 拉伸問題之相關研究雖然很常見，但很少有研究關於 Folias [2-6] 等人探討鉚釘搭接接頭與基板結構基材受拉伸 厚度與孔間距之間對應力集中因數的影響。本文針對有限 負載時，在圓孔周圍之三維應力分佈。有關各式各樣幾何 厚度之PMMA基材分析三維應力集中，探討具圓孔之 結構之應力集中因子 Bellett 等人[7] [8也發表了相關研究。] PMMA板承受橫向與縱向拉伸負載對於圓孔之應力影響， 過去大部分研究針對二維結構的應力集中進行探討。 以厚度半徑比以及孔間距為變因，分析各別的物理變化與 然而對於圓孔基板之有限厚度與孔間距對應力集中之影響 應力集中曲線特性。 卻很少有深入探討與研究。 2007 年She 與Guo 等人[9]利用 三維有限元方法研究受拉板材上之圓孔厚度對應力集中影 2.研究方法 響並建立經驗公式。 本研究所採用之材料為PMMA ，PMMA 具良好透光 Chen 等人[10]使用了 SHPB (Split Hopkinson Pressure 性，目前廣泛使用於工業界，故選用此為研究基材。PMMA Bar實驗裝置，) 測試 PMMA在拉伸負載之高應變率特性，研 之材料性質如表一所示。以 ANSYS軟體進行分析承受拉伸 究顯示應力集中發生在結構邊界之轉角、孔和槽的地方。 負載之結構，探討應力集中分佈位置與參數變化對應力集 1974年Broek [ 11]提出相關研究，處理複雜三維的問題。2008 中之影響。分析時假設壓克力之材質為均質等向性材料， 年Yang 等人[12] 以三維有限元素分析有限厚度之彈性板材 由於結構具對稱性，故分析時取其四分之一進行模擬。首 上含有圓孔之應力集中與應變集中，討論板材厚度與最大 先以兩孔間距L/r=4 為固定條件分析基材厚度與半徑比例 應力集中兩者之關係，發現不同的板材的應力