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研究生: 周祐琛
You-Chen Chou
論文名稱: 兩對邊為簡支端另兩對邊為自由端功能梯度材料板受溫度載重之力學行為
Mechanical Behavior of FGM Plates with Two Opposite Edges Simply Supported and The Other Two Edges Free under Thermal Loading
指導教授: 張燕玲
Yen-Ling Chung
口試委員: 黃慶東
Ching-Tung Huang
鄭蘩
Jeng, Van
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 168
中文關鍵詞: 溫度載重力學行為功能梯度材料
外文關鍵詞: Thermal Loading, Mechanical Behavior, FGM
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本研究主要以傅立葉級數展開方式推導功能梯度材料板於兩對邊為簡支端、另兩對邊為自由端受溫度載重之理論級數解,且運用MARC有限元素軟體,驗證所推導之理論公式之正確性,並進一步探討其力學分析。
在分析過程中,探討楊氏模數、熱膨脹係數在 方向呈冪次函數、S型函數及指數型函數分佈之功能梯度材料板受線性溫度與等溫度之作用其內部的撓度、應變、應力。
分析結果顯示,板頂與板底之楊氏模數比、熱膨脹係數比、溫度載重比或冪次方在特定比值時,可控制撓度變形為零,或不為零之等撓度變形。


The main purpose of thesis is to analyze Functionally Graded Material plates with two opposite edges simply supported and the other two edges free by Fourier series expansion. The numerical solutions by MARC software of finite element method are obtained and compared with analytical solutions.

In analysis process, the Functionally Graded Material (FGM) plates with Young’s modulus, and the coefficients of thermal expansion obeying the power-law, sigmoid, or exponential functions along thickness direction are under investigated. In addition, the internal deflection, strain and stress will be considered under constant thermal distribution or liner thermal distribution in the z direction.

Results reveal that the deflection is zero or nonzero constant, when the ratio of Young’s modulus ratio, coefficients of thermal expansion ratio, and temperatures at the top and bottom of the FGM plates, and the exponential parameter of material property are certain values.

目錄 目錄 I 圖目錄 III 第一章 序論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 文獻回顧 1 1.3 研究內容 3 第二章 FGM矩形板受溫度載重作用下之理論基礎 5 2.1 控制方程式 5 2.1.1 應力--應變關係 5 2.1.2 平衡方程式 6 2.1.3 諧和方程式 10 2.2 FGM板材料分佈模式 11 2.2.1 P-FGM板 11 2.2.2 S-FGM板 11 2.2.3 E-FGM板 12 2.3 FGM板承受溫度載重形式 12 2.3.1 溫度載重為常數 13 2.3.2 溫度載重為 方向線性分佈 13 第三章 兩對邊為簡支端另兩邊為自由端的FGM板受溫度載重之理論解 16 3.1 問題描述 16 3.2 邊界條件 16 3.3 問題之全解 20 第四章 楊氏模數為 變化,熱膨脹係數 為常數之FGM板受溫度載重之力學行為 22 4.1 溫度載重為常數之理論解 22 4.2 溫度載重為常數之有限元素法 23 4.2.1 FGM板模型建立 23 4.2.2 理論解與數值解之比較 24 4.3 溫度載重為 方向線性變化之理論解 49 4.4 溫度載重為 方向線性變化之有限元素法 50 4.4.1 FGM板模型建立 51 4.4.2 理論解與數值解之比較 52 4.5 進一步探討 65 4.5.1 位移曲線之探討 65 4.5.2 楊氏模數 比值之影響 65 4.5.3 厚度 之影響 68 4.5.4 小結 70 第五章 熱膨脹係數為 變化之FGM板受溫度載重之理論解 71 5.1 楊氏模數 為常數之FGM板受溫度載重為 方向線性變化之理論解 71 5.2 楊氏模數 為常數之FGM板受溫度載重為 方向線性載重變化之有限元素法分析 73 5.2.1 FGM板模型建立 73 5.2.2 理論解與數值解之比較 74 5.3 楊氏模數 為變化之FGM板受溫度載重為 方向線性變化之理論解 89 5.4 楊氏模數 為變化之FGM板受溫度載重為 方向線性變化之有限元素法分析 91 5.4.1 FGM板模型建立 91 5.4.2 理論解與數值解之比較 93 5.5 進一步探討 128 5.5.1 位移曲線之探討 128 5.5.2 熱膨脹係數為 變化,楊氏模數 為常數之FGM板受溫度載重為 方向線性變化---零位移之探討 128 5.5.3 熱膨脹係數為 變化,楊氏模數 為常數之FGM板受溫度載重為 方向線性變化---等位移之探討 133 5.5.4 楊氏模數為 變化,熱膨脹係數為 變化之FGM板受溫度載重為 方向線性變化---零位移之探討 135 5.5.5 楊氏模數為 變化,熱膨脹係數為 變化之FGM板受溫度載重為 方向線性變化---等位移之探討 142 5.5.6 小結 143 第六章 結論與建議 161 6.1 結論 161 6.2 建議 163 參 考 文 獻 164

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