振動應力消除之有限元素模擬方法初探

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姓名

王柏驊(Bo-Hua Wang) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

振動應力消除之有限元素模擬方法初探
(Preliminary study of vibration stress relief by finite element simulation)

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摘要(中)

本文主要為研究振動應力消除的現象，由於振動應力消除的機制與原理尚未明確的建立，因此在本研究中嘗試以模擬的方式進行振動應力消除，並且對結果進行歸納與整理。在研究中主要使用軟體為ANSYS 有限元素分析軟體，且套用模型為較少被使用的沙博什材料模型，此模型具有非線性的材料應力應變曲線，而且在受到超過降伏應力的循環外力作用時，應變會有隨振動次數逐漸增加的情形，此現象與文獻中振動應力消除實驗結果較符合。文中分別以位移控制與力量控制模擬產生振動的情形，觀察二方法的結果可以發展出不同的預估應例消除效果的判斷法則，且從模擬結果中發現兩者的振動應力消除之施行手法不盡相同。在位移控制的模擬中，比較小的振幅，消除殘留應力的效果較佳；在力量控制的模擬中，比較大的振幅會有較好的消除殘留應力的效果，且應力應變曲線會因為施力的平均外力不同，而產生應變往拉或壓的方向偏移的差異。此外，模擬中所使用的沙博什材料模型的參數也是影響應力消除效果的關鍵。

摘要(英)

The principle of Vibration Stress Relief has not been established in the past. This study tried to do Vibration Stress Relief (VSR) by simulation. By means of ANSYS Finite Element Software, it was shown that the stress-strain curve during vibration stress relief would offset while using the nonlinear Chaboche material Model which has not been considered in the simulation of VSR. The model describes the strain offset after each cycle of the external force. In the simulation, two methods, displacement-control vibration and force-control vibration, were used. The principles of these two methods are different. Displacement control VSR has a better effect in removing of residual stress when vibrating in a relatively lower amplitude. On the contrary, force control VSR has better effect on a higher amplitude vibration. The value of initial stress before vibration will affect the result of VSR. Forthermore, the parameters of Chaboche material model have large influences in VSR performance.

關鍵字(中)

★ 振動應力消除
★ 有限元素分析

關鍵字(英)

★ Vibratory stress relief
★ Finite element method
★ ANSYS
★ Chaboche Kinematic Hardening

論文目次

摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XII
第一章緒論 1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 論文架構 4
第二章基本理論 6
2-1 金屬疲勞基本理論 6
2-1-1塑性變形表現與材料模型 6
2-1-2 包辛格效應 7
2-2 進階非線性材料模型 10
2-2-1 線性材料動性硬化 10
2-2-2 沙博什材料模型(Chabobhe Model) 12
2-3 振動應力消除判斷指標 14
第三章數值模擬 16
3-1 數值模擬軟體簡介 16
3-2 研究方法與流程 16
3-3 彎矩殘留應力消除 17
3-4 試片先期焊接模擬 18
3-5 試片受循環彎矩模擬 21
3-5-1多線性循環硬化設定模擬 21
3-5-2焊接模型SLOW bending 模擬 24
3-5-3 沙博什模型材料硬化條件設定模擬 25
3-5-4 Initial State設定初始條件 26
3-6 單軸向循環拉伸模擬 28
3-6-1 單軸向拉伸模型設定 28
3-6-2循環應力邊界條件模擬設定 29
第四章振動應力消除模擬結果與討論 30
4-1 焊接模擬試片受循環彎矩模擬 30
4-1-1線性動性硬化模型受外力彎矩殘留應力變化 30
4-1-2多線性動性硬化模型Inistate指令讀值與原始值之差異 40
4-1-3多線性動性硬化設定模型受外力彎矩殘留應力變化 43
4-2彎矩殘留應力消除模擬 48
4-2-1 沙博什模型參數對產生受應力之影響 48
4-2-2力量控制振幅的應力與塑性應變圖 49
4-3 單軸向拉伸模擬試片位移控制振動應力消除模擬 53
4-3-1 以位移控制兩種沙博什模型與VSR模擬結果比較 53
4-3-2以位移控制時初始殘留應力高低對VSR模擬之影響 61
4-3-3以位移控制時使用非對稱振幅對VSR之影響 65
4-3-4以位移控制VSR模擬小結 70
4-4 單軸向拉伸模擬試片力量控制振動應力消除模擬 70
4-4-1以力量控制擬和初始殘留應力VSR模擬 71
4-4-2 較低初始殘留應力進行力量控制VSR模擬 79
4-4-3 以力量控制VSR模擬小結 85
第五章結論與未來展望 86
5-1 結論 86
5-2 未來方向與發展 88
參考文獻 89

參考文獻

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指導教授

黃以玫(Yi-Mei Huang)

審核日期

2018-8-8

推文