含邊緣裂縫之纖維複合材料平板在板面受熱通量影響下之熱應力分析

Thermal Stress Analysis of a Fiber Composite Plate Containing an Edge Crack Subjected to Heat Flux

施峻源(Shih, Jyun Yuan)

指導教授 ： 蔣長榮

國立清華大學/工學院/動力機械工程學系/碩士(2014年)

摘要

本研究分析含邊緣裂縫之碳纖維環氧樹脂複合材料平板的熱應力行為。假設平板右側維持一定溫度，而左側受固定熱通量，上下兩側則受垂直拘束且絕熱，以有限單元分析軟體ANSYS來模擬，並視此問題為平面應變。
本文將問題分成熱分析與結構分析兩部份來處理，由於熱傳遞速度並非瞬間達成，因此需要用暫態分析來求解。為了能實際模擬裂縫表面，假設其一裂縫表面與外在環境同步改變，另一為假設裂縫表面與材料的熱性值相同，並探討不同時間點，不同裂縫長度下所造成的應力強度因子之變化。為了能順利計算出應力強度因子，並且避開處理奇異性的問題，本文將裂縫尖端處以一曲率半徑為0.5 mm的圓弧模擬之，其裂縫周圍會有應力集中的現象，運用熱應力及應力滑順因子來求得在不同時間點的應力強度因子。
結果發現，裂縫長度越長，應力值會跟著升高。z走向纖維的複材其應力場和應力強度因子會比y走向纖維的複材來得大。若在裂縫表面與外在環境同步改變的條件下，y走向纖維的複材其溫度場會比z走向纖維的複材來得高。若在裂縫表面與材料熱性質相同的條件下，y走向纖維的複材和z走向纖維的複材其溫度場會幾乎相同。

關鍵字

熱通量 ； 應力強度因子

參考文獻

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