博碩士論文 983202017 詳細資訊




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姓名 鍾靈光(Ling-Kuang Chung)  查詢紙本館藏   畢業系所 土木工程學系
論文名稱 利用 M 積分處理三維多裂縫
(Using M-integral to calculate three-dimensional multiple cracks problem)
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摘要(中) M-積分是研究物體具有裂縫之破壞行為的重要參數。本論文結合有限元素法並利用M-積分分析三維多裂縫線彈性材料在非均勻分佈載重作用下的表現。本研究針對具有任意形狀之二維多裂縫及三維圓盤形裂縫問題,進行M-積分式的理論及物理意義的推導,其次証明M-積分具有與積分曲面無關的特性。
在三維問題,對單裂縫的M-積分計算結果顯示與積分曲面無關和與積分原點無關的特性;多裂縫問題的M-積分計算,則需對所有裂縫的幾何形狀中心做計算,並且裂縫的幾何位置亦會影響M-積分。
二維M-積分的物理意義為兩倍裂縫面形成時所需要的能量變化,三維M-積分的物理意義則為三倍裂縫面形成時所需要的能量變化。
此外,利用不同裂縫間距的有限元素網格探討裂縫間距對於M-積分的影響。裂縫間距比較小的情況下所得到的M積分值較小。
關鍵詞:M-積分、有限元素法、積分曲面無關、積分原點無關、幾何形狀中心、裂縫間距。
摘要(英) In this research, we analyze 2D and 3D crack problems by using the M-integral. First, we derive the M-integral for multiple arbitrary-shaped cracks in 2-D and 3D situations. Then, we verify the physical intepretation and path independent property of the M-integral.
In 3D single crack situations, the result of M-integral has the property of surface independence and origin independence. In 3D multiple cracked situation, the result of M-integral associated with geometric center is calculated, and the origin of the coordinate system affects the computation result.
In 2-D situation, M-integral is equal to twice the surface energy required for the formation of the whole cracks. In 3-D situation, due to the different geometry of the cracks, the M-integral appears to be equal to triple the surface energy required for the formation of the whole cracks.
Furthermore, we also study the relation between periodic cracks and the M-integral.
Keywords : M-integral, surface independent, origin independence, geometric center, surface energy, periodic crack
關鍵字(中) ★ M-積分
★ 有限元素法
★ 積分曲面無關
★ 積分原點無關
★ 裂縫間距
★ 幾何形狀中心
關鍵字(英) ★ periodic crack
★ surface energy
★ M-integral
★ surface independent
★ geometric center
★ origin independence
論文目次 摘 要i
Abstractii
誌謝iii
目錄v
表目錄vii
圖目錄viii
第一章 緒 論1
1.1研究動機與目的1
1.2文獻回顧與探討2
1.3論文內容5
第二章 文獻回顧:二維M-積分的分析理論與推導6
2.1 前言6
2.2 二維單裂縫的M-積分理論及路徑無關特性6
2.2.1 二維單裂縫的M-積分理論6
2.2.2 二維M-積分之物理意義9
2.2.3 與積分路徑無關特性11
2.3 二維多裂縫的M-積分11
2.3.1 二維多裂縫的M-積分理論11
2.3.2 與積分路徑無關特性12
2.3.3與積分原點無關特性12
第三章 三維M-積分的分析理論與推導15
3.1前言15
3.2三維單裂縫的M-積分理論與推導15
3.3與積分曲面無關特性(surface-independent)18
3.4三維M-積分之物理意義18
3.5數值計算範例:圓盤形裂縫位於圓柱體內部中央處20
3.5.1有限元素網格分析20
第四章 利用M-積分分析計算三維多裂縫問題22
4.1三維多裂縫的M-積分理論與推導22
4.2 與積分曲面無關特性(surface-independent)23
4.3 水平排列雙圓盤形裂縫24
4.3.1 有限元素計算結果25
4.3.2 載重與積分原點的關係25
4.3.3 M-積分與積分區域無關之特性26
4.3.4 三維多裂縫之M-積分26
4.4 裂縫間距對於M-積分之影響27
4.4.1 裂縫間距對於M-積分和ΔΠ之影響28
4.4.2 裂縫間距對於單一裂縫形成之影響28
第五章 結論30
參考文獻32
附 錄I M與Jk積分之詳細推導35
附 錄II Jk積分與積分路徑2D及與積分曲面3D無關之證明38
附 錄III M-積分與積分路徑2D及與積分曲面3D無關之證明40
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康宇權,「混合載重下的三維多裂縫問題之M-積分」,碩士論文,國立中央大學土木工程研究所,中壢(2010)。
指導教授 張瑞宏(Jui-Hung Chang) 審核日期 2011-7-22
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