2002碩士班暨碩士在職專班 有限元素分析 課程研習報告
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2002碩士班暨碩士在職專班 有限元素分析 課程研習報告. 國立屏東科技大學 機械工程系暨研究所 TEL: (08)770-3202 轉7017 FAX: (08)774-0142 E-mail: [email protected] www: http://www.me.npust.edu.tw www: http://140.127.6.133/teacher/index.htm. 指導教授:王栢村 教授. 一碳鋼製貯槽如下圖所示, , , - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
2002 碩士班暨碩士在職專班有限元素分析課程研習報告
國立屏東科技大學 機械工程系暨研究所 TEL: (08)770-3202 轉 7017
FAX: (08)774-0142 E-mail: [email protected] www: http://www.me.npust.edu.tw
www: http://140.127.6.133/teacher/index.htm
指導教授:王栢村 教授
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國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
高溫貯槽壁面溫度之有限元素分析 - 羅萬福
碳鋼製貯槽示意圖
一碳鋼製貯槽如下圖所示, , ,
,貯槽壁厚為 ,由進氣口通入之
高溫氣體 外部溫度為 ,
熱傳導係數為 空氣自由對流之熱
對流係數為 ,假設材料本身無熱
產生,求解其壁面溫度。
1( )h m
0.5( )w m
0.1( )d m
m05.0
Kti 1000 Kt 300
KmWh 210
KmWk 43
3
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高溫貯槽壁面溫度之有限元素分析 - 羅萬福
KT 10001 KT 300
ANSYS 有限元素模型
邊界有興趣
一維熱傳導元素及一維熱對流元素
理念有限元素模型
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高溫貯槽壁面溫度之有限元素分析 - 羅萬福
理念有限元素模型 ANSYS 有限元素模型
平面熱傳元素 :
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高溫貯槽壁面溫度之有限元素分析 - 羅萬福
立體熱傳元素
KT 300
KmWHF 210KT 10001
理念有限元素模型 ANSYS 有限元素模型
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高溫貯槽壁面溫度之有限元素分析 - 羅萬福
平面熱傳元素溫度分佈圖 平面熱傳元素熱通量分佈圖
立體熱傳元素溫度分佈圖
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高溫貯槽壁面溫度之有限元素分析 - 羅萬福
立體熱傳元素熱通量分佈圖
991.033 990.772
平面熱傳元素溫度與位置關係圖 立體熱傳元素溫度與位置關係圖
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附鰭片圓管表面溫度分佈及熱率 - 陳榮瑜問題描述:
如下左圖,為一碳鋼圓形通道,通道內徑為 50mm ,外徑為 60mm ,外部加裝鰭片,其尺寸如下圖所示,在通道內部通以之蒸氣 300°C ,外部空氣 25°C, k=43 W/m°C, h=10 W/m2K。分析結果:鰭片表面溫度分佈及熱率
實體模型示意圖實體模型平面示意圖絕緣
絕緣中心軸線
Tair=25¢XC
Ti=300¢XC
y
x
理念有限元素模型示意圖
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附鰭片圓管表面溫度分佈及熱率 - 陳榮瑜ANSYS 模型:
平面熱傳元素分割與邊界條件 1/4 立體熱傳元素分割與邊界條件
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附鰭片圓管表面溫度分佈及熱率 - 陳榮瑜
ANSYS 模型 ( 續 ) :
全模型立體熱傳元素分割 全模型立體熱傳邊界條件
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附鰭片圓管表面溫度分佈及熱率 - 陳榮瑜
● PLANE55 元素分析結果 - 溫度分佈圖、熱通量圖、熱率圖
溫度分佈圖 熱通量圖 熱率圖
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附鰭片圓管表面溫度分佈及熱率 - 陳榮瑜
● 1/4 模型 SOLID87 元素分析結果 - 溫度分佈圖、熱通量圖、熱率圖
溫度分佈圖 熱通量圖 熱率圖
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附鰭片圓管表面溫度分佈及熱率 - 陳榮瑜
● 全模型 SOLID87 元素分析結果 - 溫度分佈圖、熱通量圖、熱率圖
溫度分佈圖 熱通量圖 熱率圖
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附鰭片圓管表面溫度分佈及熱率 - 陳榮瑜● 最佳化分析
散熱片長度及厚度變化曲線圖 散熱片數目變化曲線圖
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附鰭片圓管表面溫度分佈及熱率 - 陳榮瑜 最佳化 PLANE55 元素分析結果 -
溫度分佈圖、熱通量圖、熱率圖
溫度分佈圖 熱通量圖 熱率圖
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附鰭片圓管表面溫度分佈及熱率 - 陳榮瑜
元素數目 熱流率(W)
誤差(%)
求解時間(sec.)
7488 -412.184 77.42
*11254 -411.932 -0.06 161.98
18346 -411.948 0.0039 368.71
SOLID87 收斂性分析
溫度分佈圖
熱通量分佈圖 熱率分佈圖
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自行車結構應力之有限元素分析 - 徐大中● 問題定義:
x
y
圖一 、自行車結構圖
1m1m
1m
1.5m
0.2m
0.66m
1.5m
700N140N
0.866m100N
圖二 、數學模型
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自行車結構應力之有限元素分析 - 徐大中● 有限元素模型 :
以桁架元素 (LINK1) 分析中發現,針對自行車結構無法分析,因為元素 7 與元素 6 只是兩根桁架相連接 ( 桁架結構至少要有三根桿件連結在一起才可以分析 ) ,造成結構無法平衡,導致結構不穩定,所以桁架元素無法分析。
1
16
4
7
53
2
2
3
4
5
6
yF2 yF4
yF3
圖三、有限元素模型
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自行車結構應力之有限元素分析 - 徐大中● 樑元素 (BEAM3) 分析
圖四、 位移變形圖
SDIR SDIR SMAX SMAX
表一、 桿件之應力值
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自行車結構應力之有限元素分析 - 徐大中
-5.00E+11
0.00E+00
5.00E+11
1.00E+12
1.50E+12
1 2 3 4 5 6 7
LS1
LS4
NMIS1
NMIS3
圖五、 各桿件應力圖
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燃料棒之溫度場分析 - 鄭廷訓● 問題定義與分析目標 : 一個長寬個為 0.6m ,厚度為 0.3m 的混泥土 (k=1.4)
內有一半徑 0.16m 的燃料棒 (k=10) ,其單位體積的 生熱量為 100,000 (W/m3) 。棒內部有 2 個冷卻孔, 半徑為 0.04m ,孔內為溫度 30 ,對流係數 h=200 的 冷卻液,混泥土的四周保持 30 ,前後保持絕熱, 請分析此一問題並求出系統最高溫度為多少,與 其溫度分佈情形。
圖一、實體模型圖
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燃料棒之溫度場分析 - 鄭廷訓● ANSYS 理念有限元素模型
平面熱傳元素理念有限模型 平面熱傳元素有限元素模型
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燃料棒之溫度場分析 - 鄭廷訓● ANSYS 理念有限元素模型 ( 續 )
立體熱傳元素理念有限模型 立體熱傳元素有限元素模型
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燃料棒之溫度場分析 - 鄭廷訓● COSMOS 理念有限元素模型
燃料棒(q=100000)
冷卻孔(h=200)
混凝土(k=1.4)
四週空氣(h=10)
Cosmos/M 2.6 理念有限模型
Cosmos/M 2.6 有限元素模型
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燃料棒之溫度場分析 - 鄭廷訓
平面熱傳元素模擬之溫度分佈圖 立體熱傳元素模擬之溫度分佈圖
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燃料棒之溫度場分析 - 鄭廷訓● Cosmos/M 2.6 分析之溫度分佈圖
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燃料棒之溫度場分析 - 鄭廷訓● 平面熱傳元素與立體熱傳元素模擬熱量之分佈圖
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燃料棒之溫度場分析 - 鄭廷訓● Cosmos/M 2.6 分析之熱量分怖圖
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激振器音圈振動模態參數之有限元素分析 - 林政湟
● 數學模式▓ 音圈鎂合金的鑄造件,質量為 3kg ,結構為一整體之音圈。
▓ 由線性磁激馬達,利用線圈通電產生電磁性同性相斥異性相吸原理。
▓ 使音圈產生相吸相斥的線性上下移動。
2m
2.07m
2.5m
0.06m
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激振器音圈振動模態參數之有限元素分析 - 林政湟
● 有限元素模型 ▓ A、 元素型式:線性立體元素( SOLID45)。▓ B、 模型元素分割:考慮音圈為一體結構,為左右對
稱,但為求得實際結構的振動特性,所以使用整體分析。▓ C、 位移限制條件:考慮為 free-free ,所以不用設定。▓ D、 負荷條件:考慮為 free-free ,無。
有限元素模型
z
y
x
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激振器音圈振動模態參數之有限元素分析 - 林政湟
編號 頻率( Hz)
正視圖 下視圖 上視圖 立體圖 振型物理意義
1 0 Rigid body mode
2 0 Rigid body mode
3 0 Rigid body mode
4 0 Rigid body mode
5 0.3482e-2 Rigid body mode
6 0.4246e-2 Rigid body mode
7 951.71 扭轉
● 有限元素之模態振型
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激振器音圈振動模態參數之有限元素分析 - 林政湟
● 編號 7 可看出為左右扭轉 , 編號 8Bending mode
編號 7 三視圖 編號 8 三視圖
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激振器音圈振動模態參數之有限元素分析 - 林政湟
▓ 編號 16 與編號 17▓ 相對現象,編號 16 為左右壓縮,編號 17 為前後壓縮。
編號 16 三視圖 編號 17 三視圖
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激振器音圈振動模態參數之有限元素分析 - 林政湟
● 編號 24 與 25 成對現象
編號 24 三視圖 編號 25 三視圖
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激振器音圈振動模態參數之有限元素分析 - 林政湟
● 編號 26 與 27 成對現象,編號 26 單數肋動,編號 27 為雙數肋動
編號 27 三視圖 編號 28 三視圖
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激振器音圈振動模態參數之有限元素分析 - 林政湟
● 簡諧響應分析 (harmonic response analysis) 之比較 ▓ 有限之頻率響應函數 (FRF) 之 x、 y、 z 等三方向與實
驗模態分析互相比對
x 方向之響應函數(FRF)
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
01z:Gs
FEA EMA
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激振器音圈振動模態參數之有限元素分析 - 林政湟
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
02z:Gs
● y 方向之響應函數 (FRF)
FEA EMA
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船艦隔艙板受力情況探討 - 葉盈顯● 問題定義 :
▓ 有一走道隔艙板如圖所示, L=2m, h=1.5m,厚度 D=0.01m為定義尺寸 ,試探討隔艙板承受:
(1) 受上下端 200N 之均佈受力情形。 (2) 上端受一向下之負荷 1000N 時 之均佈受力情形。
(3) 艙板受左右兩方之壓迫負荷 1000N 時均佈受力情形。
1.75
m 2m
1.5m
0.80m
圖一、隔艙板示意圖
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船艦隔艙板受力情況探討 - 葉盈顯● 有限元素模型
有限元素模型 (一 ) 有限元素模型 (一 )
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船艦隔艙板受力情況探討 - 葉盈顯表一、平面元素數據 (元素粗細分割之比較 )
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船艦隔艙板受力情況探討 - 葉盈顯表二、 Shell 63與 Plane 42元素之比較
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船艦隔艙板受力情況探討 - 葉盈顯● EQV應力值分布圖
Plane 42
Shell 63對稱性 Plane 42
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船艦隔艙板受力情況探討 - 葉盈顯● EQV應力值分布圖(續)
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單開口板手之有限元素分析 - 張世蔚
● 問題定義 : 一單開口板手 (圖一 ),板手身長 190 ㎜、 50 ㎜身寬 、厚度 t=10㎜,於自由端承受一向正 y 方向 F=700N 之力,此一問題為已知之結構在受靜力負荷時, 導致應力變化及結構變形之型態,故以 ANSYS5.5分 析其變化情形。
圖一 單開口板手
50
20
20
40
15
NF 700
704050 190
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單開口板手之有限元素分析 - 張世蔚● 有限元素模型 :
鬆開時,視被接觸物為鋼體,故假設 y 方向位移為零
鎖緊時,視被接觸物為鋼體,故 假設 y 方向位移為零
集中力 F=700N
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單開口板手之有限元素分析 - 張世蔚
負荷處 節點 Ux Uy
鎖緊時,自由端處
26 0.29157E-5 -0.32374E-7
138 0.14818E-5 -0.09381E-4
鎖緊時,距由端 0.12m 處
26 0.20019E-5 -0.23566E-7
138 0.9368E-6 -0.66421E-5
鬆開時,自由端處
6 0.36981E-5 0.31025E-7
134 0.22479E-5 0.09423E-4
鬆開時,距自由端處 0.12m
6 0.25325E-5 0.22588E-7
134 0.14557E-5 0.66972E-5
位移變形值
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單開口板手之有限元素分析 - 張世蔚
負荷處 節點 Sx Sy Sxy S1 Seqv
自由端處 50 0.10282E7 0.28974E6 0.28274E6 0.1124E7 0.19391E6
46 0.4577E6 0.98135E6 0.41283E6 0.1208E7 0.1111E7
51 0.52731E6 0.59331E6 0.5018E6 0.1063E7 0.1035E7
距自由端0.12m
50 0.70248E6 0.19785E6 0.1931E6 0.7678E6 0.7109E6
46 0.31255E6 0.67253E6 0.28155E6 0.8267E6 0.7599E6
51 0.35989E6 0.40545E6 0.1931E6 0.7259E6 0.7070E6
鎖緊時之應力應變值
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單開口板手之有限元素分析 - 張世蔚● 應力應變圖
鎖緊(自由端) 鎖緊(距自由端 0.12m)
鬆開(自由端) 鬆開(距自由端 0.12m)
A、 Ux(max)
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單開口板手之有限元素分析 - 張世蔚
鎖緊(自由端) 鎖緊(距自由端 0.12m)
鬆開(自由端) 鬆開(距自由端 0.12m)
B、 Uy(max)
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單開口板手之有限元素分析 - 張世蔚
鎖緊(自由端) 鎖緊(距自由端 0.12m)
鬆開(自由端) 鬆開(距自由端 0.12m)
C、 Sx(max)
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國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
單開口板手之有限元素分析 - 張世蔚
鎖緊(自由端) 鎖緊(距自由端 0.12m)
鬆開(自由端) 鬆開(距自由端 0.12m)
D、 Sy(max)
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國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
單開口板手之有限元素分析 - 張世蔚● 收斂性分析
細分割處
收斂性分析之細分割示意圖
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國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
單開口板手之有限元素分析 - 張世蔚以鎖緊並施力於自由端之型態來作收斂型分析,其分析結果如下:
元素 節點數 Seqv Uy 誤差 (%)
平面元素 Plane 42
153 0.11112E+7 -0.0938E-4 9.8
208 0.12778E+7 -0.1030E-4 5.6
331 0.14439E+7 -0.1081E-4 4.06
557 0.15883E+7 -0.1125E-4 2.81179 0.1715E+7 -0.11569E-4 0.644021 0.18350E+7 -0.1164E-4 1.01
8482 0.18926E+7 -0.11762E-4 0.4915083 0.19683E+7 0.11822E-4 <0.49
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起重機桿件之幾何有限元素最佳化設計 - 張維哲
● 問題定義與分析目標▓ 起重機如右圖所示, 機身高 1.5m,臂長 1.8m, 材料為鋼、降伏強度 ( ) 400MPa、浦松比 0.3、楊氏 係數為 207MPa、安全係數, 在樑的右端成受一負荷 90kg ,其受力後產生最大應力 ( ) ,擬求出滿足目標的最佳解, 懸臂樑的總體積 ( 重量 ) 達到最小
,並滿足不超過容許應力的限制條件。
max
y1元素
2元素 3元素
4元素 5元素
node1
node2
node3 node4 node5
元素、節點位置圖
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國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
起重機桿件之幾何有限元素最佳化設計 - 張維哲
● 有限元素模型 幾何形式
元素名稱: BEAM3NODE數量: 2(I、 J)
輸入資料: Ex、 Nuxy
邊界條件位移限制: ALL D.O.F
FIXED外力負荷: Fy=-882N
FEA MODEL
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起重機桿件之幾何有限元素最佳化設計 - 張維哲
Smax-I變化曲線圖 Smax-J變化曲線圖
各內外徑變化曲線圖
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起重機桿件之幾何有限元素最佳化設計 - 張維哲
● 本次實驗如用中空圓樑取代原實心樑,可減少桿件體積,進而降低成本
SET1 SET 27
SMAX 1.6E7 2.3710E9
ALLV 0.12158 0.10775E-01
最佳化結果
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三自由度車廂振動系統之有限元素分析 - 林昆正
● 問題定義 :▓ 三自由度車廂振動系統如圖 1 所示, 假設火車車體、火車轉向架以及火 車車軸為集中質量, Kps、 Cps 為 車體與轉向架之間的主懸吊系統 ( Primary Suspension), Kss 、 Css
為轉向架與車軸之間的次懸吊系統 ( SecondarySuspension ), Kh 、 Ch
為模擬車軸與鐵軌之間的接觸, 一般稱為 Hertzian contact。 此為鐵軌之不平整輸入
轉向架
車輪
火車車廂實體模型
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三自由度車廂振動系統之有限元素分析 - 林昆正
● 分析假設:▓ 假設車廂前後左右對稱, 故取 1/8 車體模擬全車廂系統。
● 數學模型:▓ 如圖右所示
系統數學模型圖
m1
m2
m3
X1(t)
X2(t)
X3(t)
c
Kps
Kss
Kh
Cps
Css
Ch
1/8車體
1/4轉向架
1/2( + )輪 軸
S (φ)
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三自由度車廂振動系統之有限元素分析 - 林昆正
● 理念有限元素模型:
1
3
5
2
4
6
1
2
3
4
理念有限元素模型
元素形式 元素名稱 元素編號 節點數Type1 COMBIN14 1 , 3 , 5 2
Type2 MASS21 2 , 4 , 6 1
• 元素形式:採用 2 種元素,分別是 MASS21與 COMBIN14
• 元素分割:因為所採用之元素不用分割,所以此步驟省略之。
• 位移限制:所有節點 X 方向固定之。• 負荷條件:路面的位移輸入
表 2 、有限元素模型圖
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三自由度車廂振動系統之有限元素分析 - 林昆正
● 自然頻率
自然頻率 理論值 ANSYS值
誤差 其物理意義
Modal 1 1.2526 1.2526 0 車廂垂直上下運動Modal 2 6.7590 6.7590 0 車體垂直上下運動Modal 3 211.4243 211.4243 0 輪軸垂直上下運動
Modal 3Modal 2Modal 1
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三自由度車廂振動系統之有限元素分析 - 林昆正
模態數 節點號碼 理論值 ANSYS 值 誤差Modal 1 節點 2 0.000 0.000 0
節點 3 0.138 0.138 0
節點 4 0.0163 0.0163 0
Modal 2 節點 2 0.000 0.000 0
節點 3 0.0279 0.0279 0
節點 4 -0.081 -0.081 0
Modal 3 節點 2 0.0355 0.0355 0
節點 3 0.000 0.000 0
節點 4 -0.000 -0.000 0
模態振型
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三自由度車廂振動系統之有限元素分析 - 林昆正
● 簡諧分析:▓ 左圖為 MATLAB 結果,右圖為 ANSYS 分析結果
10-1
100
101
102
103
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
101
Three D O F - F R F
F r e q u e n c y (Hz)
| H (
w )
|
MATLAB ANSYS
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三自由度車廂振動系統之有限元素分析 - 林昆正
● 行駛品質分析:▓ 6 種路面輸入之不同分析結果
100
101
102
10-3
10-2
10-1
100
101
102
T d o f b -R i d e q u a r i t y
F r e q u e n c y H(z)
a c
c s
t d
65
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
應用 ANSYS 於靜電容量感測加速度之架構量測 - 黃金燦
● 實體架構 :▓ 作用體圓柱鋼 (40): E=207E9 , 普松比 =0.3 ,半徑為 3 ,高度為
5(MM)▓ SiON – 變位基板 (20) :E= 74Gpa , 普松比 =0.183▓ 基板 30 – 長寬各為 10 ,厚度為 1 ; 基板 20 – 長寬各為 10 ,厚度為
0.5 ; 基板 10 – x 為 3( 長度 ), y 為 10 ,
厚度為 2▓ 中間部份之 E1~E10 ( 因為上下有兩組所以是 10 個 ), 可
省略不畫▓ (10) 及 (30) 為固定剛性基板
圖一
66
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
應用 ANSYS 於靜電容量感測加速度之架構量測 - 黃金燦
BEAM3 SOLI45D
● 有限元素模型:
67
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
應用 ANSYS 於靜電容量感測加速度之架構量測 - 黃金燦
● 結果與討論
BEAM3 UY BEAM3 力分佈圖
68
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應用 ANSYS 於靜電容量感測加速度之架構量測 - 黃金燦
SOLID45 UY SOLID45 Sx
SOLID45 SEQV
69
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應用 ANSYS 於靜電容量感測加速度之架構量測 - 黃金燦
70
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基座上之方形鋼樑變形及應力分析 -陳奇鴻
● 圖 1 所示方形鋼樑Lxbxt=100x20x20(mm), F=5000(N), E=207x109(N/m2), EW=1.2x109(N/m2) , ν=0.3 , 欲求樑之變形及應力狀態,考慮基座為剛體、鋼以及木材。而鋼樑所受之外力,有以下四種情形:
● (1) 距右端 L/2 受向下集中力 F (2) 距右端 L/4 受向下集中力 F
● (3) 右端受向下集中力 F (4) 均佈負荷在整個鋼樑上
71
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
基座上之方形鋼樑變形及應力分析 -陳奇鴻
● Sx應力圖 (向下集中力 F 距右端 L/2):
剛性基座 接觸元素模擬支撐 模擬力的傳遞
72
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
基座上之方形鋼樑變形及應力分析 -陳奇鴻● Sy應力圖 (向下集中力 F距右端 L/2):
剛性基座 接觸元素模擬支撐 模擬力的傳遞
73
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
基座上之方形鋼樑變形及應力分析 -陳奇鴻● S1應力圖 (向下集中力 F距右端 L/2):
剛性基座 接觸元素模擬支撐 模擬力的傳遞
74
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
基座上之方形鋼樑變形及應力分析 -陳奇鴻● Sx應力圖 (向下集中力 F距右端 L/4):
剛性基座 接觸元素模擬支撐 模擬力的傳遞
75
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
基座上之方形鋼樑變形及應力分析 -陳奇鴻
● Sx應力圖 (右端受向下集中力 F):
剛性基座 接觸元素模擬支撐 模擬力的傳遞
76
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
基座上之方形鋼樑變形及應力分析 -陳奇鴻● Sy應力圖 (右端受向下集中力 F):
剛性基座 接觸元素模擬支撐 模擬力的傳遞
77
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
基座上之方形鋼樑變形及應力分析 -陳奇鴻
● Sx應力圖 ( 均佈負荷在整個鋼樑上 ):
剛性基座 接觸元素模擬支撐 模擬力的傳遞
78
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
● Sy應力圖 ( 均佈負荷在整個鋼樑上 ):
基座上之方形鋼樑變形及應力分析 -陳奇鴻
剛性基座 接觸元素模擬支撐 模擬力的傳遞
79
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鋼樑接觸之有限元素分析 -林金生● 一鋼樑 A ,其上部有一鋼樑 B, 於鋼樑中點受一向下集中力 F 。
● 元素形式: 採線性立方體元素 SOLID45
BA
F
L/2
L
b
t
t
x
y
鋼樑 A
對稱面
F
鋼樑 B
F
使用接觸元素
鋼樑 B
80
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
鋼樑接觸之有限元素分析 -林金生● 位移變形圖
左上為 MODEL1
右上為 MODEL2
左下為 MODEL3
81
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
鋼樑接觸之有限元素分析 -林金生● Ux 圖
左上為 MODEL1
右上為 MODEL2
左下為 MODEL3
82
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
鋼樑接觸之有限元素分析 -林金生● Uy 圖
左上為 MODEL1
右上為 MODEL2
左下為 MODEL3
83
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
鋼樑接觸之有限元素分析 -林金生● Usum 圖
左上為 MODEL1
右上為 MODEL2
左下為 MODEL3
84
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
鋼樑接觸之有限元素分析 -林金生● Sx 圖
左上為 MODEL1
右上為 MODEL2
左下為 MODEL3
85
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
鋼樑接觸之有限元素分析 -林金生● Sy 圖
左上為 MODEL1
右上為 MODEL2
左下為 MODEL3
86
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
鋼樑接觸之有限元素分析 -林金生● Sz 圖
左上為 MODEL1
右上為 MODEL2
左下為 MODEL3
87
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
鋼樑接觸之有限元素分析 -林金生● Seqv 圖
左上為 MODEL1
右上為 MODEL2
左下為 MODEL3
88
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
應變規量測懸臂樑受力之研究 - 劉豐逸● 實體模型
● 結構之數學模式
89
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
應變規量測懸臂樑受力之研究 - 劉豐逸● 理念有限元素模型
90
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
應變規量測懸臂樑受力之研究 - 劉豐逸● 結果與討論
平面元素位移圖 立體元素位移圖
91
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
應變規量測懸臂樑受力之研究 - 劉豐逸
平面元素主應力圖 立體元素主應力圖
92
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
應變規量測懸臂樑受力之研究 - 劉豐逸
平面元素麥西斯應力圖 立體元素麥西斯應力圖
93
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
應變規量測懸臂樑受力之研究 - 劉豐逸● 應變規位移量之各項數據
94
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
AMD Duron CPU之壓應力分析 - 盧信利
● 實體模型
分析目標:裝 cooler時 AMD Duron cpu 的應力分析
95
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
AMD Duron CPU之壓應力分析 - 盧信利
● 數學模型:▓ cpu的模型與其負荷狀況 為對稱,所以將取 1/4模型 (如下圖 ) 來作分析。 F 由壓 力計測得, N 節點數, Fe等效力, M 等效力矩
96
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
AMD Duron CPU之壓應力分析 - 盧信利
● FE模型:▓ 架構理念:以 SOLID45架構 1/4之 cpu模型。▓ 分割原則:將 cpu 底部和 die晶片各成一層,以邊長每段 0.0005m 作 mapped mesh,如左下圖。
97
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
AMD Duron CPU之壓應力分析 - 盧信利
● 應力應變圖
98
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AMD Duron CPU之壓應力分析 - 盧信利
● 應力應變圖 ( 續 )
99
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
拉伸試片應力變形之有限元素分析 - 許志宏● 數學模型圖
W
GR
B BA
T
F
L
F/6● 有限元素模型圖
100
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拉伸試片應力變形之有限元素分析 - 許志宏
項目
Node
11 108.1119 108.1128 104.2136 103.7645 107.6784 108.90
x NODE伸長率
(%)100 17.01104 19.91105 20.24106 20.20107 19.98108 17.03
ANSYS 應力分析
應力單位: (kgf/mm2)ANSYS 伸長率 (%) 分析
101
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拉伸試片應力變形之有限元素分析 - 許志宏
應力 - 應變圖 位移變形圖
102
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
拉伸試片應力變形之有限元素分析 - 許志宏
σx分佈圖 拉伸試驗報告
103
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球體蒸氣鍋爐其溫度場及應力場之分析 - 李苑松
● 數學模型:
104
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球體蒸氣鍋爐其溫度場及應力場之分析 - 李苑松● 模型分割:
圖九: Plane 2 Element number:120
圖十: Plane 2 Element number: 240
圖十一: Plane 2 Element number: 360
圖十二: Plane 42 Element number:60
105
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球體蒸氣鍋爐其溫度場及應力場之分析 - 李苑松
● 模型分割 ( 續 ) :
圖十五: Plane 42 Element number: 360
圖十六: Plane 42 Element number: 480
圖十三: Plane 42 Element number:120
圖十四: Plane 42 Element number: 240
106
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球體蒸氣鍋爐其溫度場及應力場之分析 - 李苑松
● 收斂性分析比較 Plan 2 AND Plane 42pl ane42以 進行收斂性分析
0
200
400
600
800
1000
1200
60 120 180 240 360 480
元素數量
分析值
uνσ xσ xσ yσ zσ 1σ eqv
分割 360 個的
位移變形圖
分割 480 個的
位移變形圖
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球體蒸氣鍋爐其溫度場及應力場之分析 - 李苑松
球體蒸汽爐切線溫度變化
最大主應力分佈圖 麥西斯應力分佈圖
受壓力時的位移變形圖
108
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型鋼組焊後熱變形分析 - 朱明俊
● 實體模型
元素形式 EX KX Conv
PLANE55 207e9 60 25 17.7e-6 1500 25
PLANE77 207e9 60 25 17.7e-6 1500 25
● 截面數學模型
109
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型鋼組焊後熱變形分析 - 朱明俊● 元素分割:
元素分割邊界圖 元素分割圖
110
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型鋼組焊後熱變形分析 - 朱明俊● 溫度場分析:
溫度分佈圖
溫度分佈等高線圖
111
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型鋼組焊後熱變形分析 - 朱明俊● 熱通量 (Heat Flux) 向量圖 ● p- 收斂變形量分佈圖
112
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型鋼組焊後熱變形分析 - 朱明俊● Sxy 應力分析圖 ● Sxy 應力分析圖
113
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DOHC 型汽門機構之組合應力分析 - 陳志成
汽門彈簧座扣用以固定汽門桿與彈簧
汽門導管內徑稍大於汽門桿直徑,間隙約 0.06 ~ 0.08 mm 並容納足夠之機油作為潤滑及冷卻
接觸寬度約 1mm
舉桿裝於舉桿導管內,將凸輪之旋轉運動變為直線運動
由於雙頂上凸輪式( DOHC )汽門機構,乃直接由凸輪接觸舉桿傳動,並無汽門腳間隙
114
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
DOHC 型汽門機構之組合應力分析 - 陳志成
汽門桿
汽門彈簧座鎖緊槽汽門面汽門頭
汽門頸
● 實體模型圖
115
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DOHC 型汽門機構之組合應力分析 - 陳志成
數學模型示意圖 理念有限元素模型 局部放大圖
Mode
1
:
結
構
應
力
分
析
116
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DOHC 型汽門機構之組合應力分析 - 陳志成
T∞2 , hf 2
T∞1 , hf 1
Ti
k
數學模型示意圖 理念有限元素模型 局部放大圖
Model 2
: 溫度場分析
117
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DOHC 型汽門機構之組合應力分析 - 陳志成
絕緣
絕緣
T∞1 , hf 1
T∞2 , hf 2
Ti
k, α
數學模型示意圖 理念有限元素模型 局部放大圖
Model 3
: 熱應力分析
118
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
DOHC 型汽門機構之組合應力分析 - 陳志成
絕緣
絕緣
Ti
T∞2 , hf 2
T∞1 , hf 1
k, α
數學模型示意圖 理念有限元素模型 局部放大圖
Model 4 : 組合應力分析
119
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
DOHC 型汽門機構之組合應力分析 - 陳志成
● 收斂性分析 (圖)
σy= σz 軸向應力 ( esize = 0.001 )
σy= σz 軸向應力( esize = 0.0004 )
有限元素模型 ( esize = 0.0004 )
120
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DOHC 型汽門機構之組合應力分析 - 陳志成
NO. Element
Type
Element
Size
Element
Numbers
Displacement
D max
Difference
( % )
俓向應力
σ r (max)
Difference
( % )
1 Plane42 0.001 505 .24894E-05 .10155E+08
2 Plane42 0.0006 1311 .25352E-05 1.839 .10669E+08 5.06
3 Plane42 0.0004 3126 .25508E-05 0.615 .10813E+08 1.35
4 Plane82 0.0004 3126 .25726E-05 0.855 .10901E+08 0.81
NO. Element
Type
Element
Size
Element
Numbers
軸向應力
σ z (max)
Difference
( % )
週向應力
σ θ (max)
Difference
( % )
1 Plane42 0.001 505 .55468E+07 .76563E+07
2 Plane42 0.0006 1311 .59529E+07 7.32 .79470E+07 3.8
3 Plane42 0.0004 3126 .76278E+07 28.09 .80271E+07 1.01
4 Plane82 0.0004 3126 .12660E+08 65.79 .80588E+07 0.4
NO. Element
Type
Element
Size
Element
Numbers
最大主應力
σ 1 (max)
Difference
( % )
麥西斯應力
σ eqv (max)
Difference
( % )
1 Plane42 0.001 505 .14116E+08 .32067E+08
2 Plane42 0.0006 1311 .14671E+08 3.93 .39069E+08 21.84
3 Plane42 0.0004 3126 .14851E+08 1.23 .45655E+08 16.86
4 Plane82 0.0004 3126 .24315E+08 63.73 .53379E+08 16.92
單位: N/m2
● 收斂性分析 (數據)
121
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DOHC 型汽門機構之組合應力分析 - 陳志成
Model 1 :結構應力分析結果 σr
σ eqvσ1 τrz
σθ σz
項目(max) 數據
D 0.25726E-05
σ r 0.10901E+08
σ z 0.12660E+08
σ θ 0.80588E+07
τ rz 0.18412E+08
σ 1 0.24315E+08
σ eqv 0.53379E+08
單位:N/m2
122
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DOHC 型汽門機構之組合應力分析 - 陳志成
MODEL 2 : 溫度場分析結果
溫度分佈
熱通量向量圖
熱梯度向量圖
項目 ( max ) 數據
熱通量 TF 546572 W/m2
熱梯度 TG 45548 °K/m
熱流率 qn 275.71 W
123
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DOHC 型汽門機構之組合應力分析 - 陳志成
Model 3 : 熱應力分析結果
σr σz σθ
τrz σ1 σ eqv項目(max) 數據
D -0.85253E-04
σ r 0.71213E+09
σ z 0.52272E+09
σ θ 0.39859E+09
τ rz 0.15778E+09
σ 1 0.78437E+09
σ eqv 0.47898E+09
單位:N/m2
124
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DOHC 型汽門機構之組合應力分析 - 陳志成線性疊加(結構分析+熱應力分析)& 組合應力分析 之比較
單位: N/m2
單位: mNode 6 Node 1
UX UY
Model 1
-0.7117E-06 0.25078E-05
Model 3
0. 62155E-04 -0. 85253E-04
Model 1 + 3
0. 61443E-04 -0. 82745E-04
Model 4
0. 61444E-04 -0. 82745E-04
Difference
(%)
0 0
Node 8 Node 8 Node 8 Node 9952 Node 8 Node 9830
σ r σ z σ θ τrz σ1 σeqv Model 1
-0. 98776E+08 -0. 72562E+08 -0. 57342E+08 -0. 25848E+08 -0. 57342E+08 0. 34737E+07
Model 3
0. 71213E+09 0. 52272E+09 0. 39859E+09 0. 15778E+09 0. 78437E+09 0. 47898E+09
Model 1 + 3
0.61335E+09 0.45016E+09 0.34125E+09 0.13193E+09 0.72703E+09 0.48245E+09
Model 4
0.61336E+09 0.45016E+09 0.34125E+09 0.13193E+09 0.67268E+09 0.47916E+09
Difference
(%)
0 0 0 0 -8.08 -0.69
125
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桅桿振動模態分析 - 徐文彬
● 實體模型圖
126
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
桅桿振動模態分析 - 徐文彬
桅桿含上層結構圖
127
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
桅桿振動模態分析 - 徐文彬
模態一 模態二
模態四
模態五
128
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輪軌接觸應力之有限元素分析 - 李英傑
輪軌接觸模型 輪軌接觸數學模型
P
R=425 mm
772mm
17
2 m
m
772mm
17
2 m
m386 mm
P
R=425 mm
理念有限元素模型圖
129
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輪軌接觸應力之有限元素分析 - 李英傑● 進行收斂性分析,控制分割的數目得到如表(一)結果,
所以採用分割數目 16 之模型。分割數目 最大壓應力 Hertz 理論值 誤差
5 4.90E+08 1.65E+09 70.21%10 9.98E+08 1.65E+09 39.39%15 1.40E+09 1.65E+09 14.69%16 1.60E+09 1.65E+09 2.67%17 1.59E+09 1.65E+09 3.62%18 1.80E+09 1.65E+09 -9.59%19 1.77E+09 1.65E+09 -7.44%20 1.94E+09 1.65E+09 -17.82%
表(一) 元素收斂性分析
130
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
輪軌接觸應力之有限元素分析 - 李英傑● 應力分析圖
SY 方向壓應力分佈圖 SXY 方向剪應力分佈圖
131
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輪軌接觸應力之有限元素分析 - 李英傑● 圖( 1 )到圖( 6 )分別代表六種不同接觸距離的應力分佈圖。
圖( 1) L= 172 mm 圖( 2) L= 107.5 mm 圖( 3) L= 60 mm
圖( 4) L= 35 mm 圖( 5) L= 21.5 mm 圖( 6) L= 10.75 mm
132
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
輪軌接觸應力之有限元素分析 - 李英傑
接觸距離(L)最大壓應力 最大剪應力172 -1.48E+09 -2.44E+08
107.5 -1.48E+09 -3.07E+0860 -1.48E+09 -8.99E+0835 -1.48E+09 -1.10E+09
21.5 -1.68E+09 -1.12E+0910.75 -2.48E+09 -1.14E+09
接觸距離與最大壓應力、剪應力表
元素細分割有限元素模型圖
133
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
TFBGA 180 Mold Array 封裝後產生翹曲 -林奕騰
134
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TFBGA 180 Mold Array 封裝後產生翹曲 -林奕騰
● TFBGA180 MOLD ARRAY
膠體
基板
單一 BLOCK
135
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TFBGA 180 Mold Array 封裝後產生翹曲 -林奕騰
● 數學模型
單一BLOCK
膠體厚 0.7 ㎜基板厚 0.1 ㎜
封裝溫度 : 175℃
室溫: 25℃
節點 3
136
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TFBGA 180 Mold Array 封裝後產生翹曲 -林奕騰
● SHELL99 分割尺寸
ESIZE5 ESIZE10
137
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TFBGA 180 Mold Array 封裝後產生翹曲 -林奕騰
● 175~150℃ = = - 25 ℃位移比較T
ESIZE5 以達 h收斂4
3
2
1
4
3
2
1
00-0.75448E-02-0.73373E-01-0.15870E-01-0.15870E-01
000000E
S
I
Z
E
10
00.83400E-020-0.89655E-0100
00.83400E-02-0.75448E-02-0.16303-0.15870E-01-0.15870E-01
00-0.75448E-02-0.73373E-01-0.15870E-01-0.15870E-01
00.83400E-02-0.75448E-02-0.16303-0.15870E-01-0.15870E-01
00.83400E-020-0.89655E-0100
00000 0E
S
I
Z
E
5
位移 節點 位置 x y
zx y z
相同
138
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
TFBGA 180 Mold Array 封裝後產生翹曲 -林奕騰
● 175~150℃ = = - 25 ℃應力比較T
BOTTOM
TOP
BOTTOM
TOP
-0.47929
-0.17470
-0.47929
-0.17470
-0.47929
-0.17470
-0.47929
-0.17470
-0.47929
-0.17470
-0.47929
-0.17470
-0.47929
-0.17470
-0.47929
-0.17470
-0.47929
-0.47929
-0.47929
-0.47929
-0.17470
-0.17470
-0.17470
-0.17470
ESIZE
10
-0.47929
-0.47929
-0.47929
-0.47929
-0.17470
-0.17470
-0.17470
-0.17470
ESIZE
5
位置 4 應力 N/mm2
位置 3 應力 N/mm2
位置 2 應力 N/mm2
位置1應力 N/mm2
項目 中性面
x x x xy yy y
相同
ESIZE5 以達 h收斂
139
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TFBGA 180 Mold Array 封裝後產生翹曲 -林奕騰
● 位移方向示意圖
175~150℃ 150~25℃
140
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TFBGA 180 Mold Array 封裝後產生翹曲 -林奕騰
● UZ 變形量圖
175~150℃ 150~25℃
141
國立屏東科技大學機械工程系 振動與噪音實驗室
TFBGA 180 Mold Array 封裝後產生翹曲 -林奕騰
● 沿 X 軸向位移
175~150℃ 150~25℃
● 沿 Y 軸向位移
142
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油壓缸外殼 (Case) 之破壞分析 - 孫 立
● 實體模型
143
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油壓缸外殼 (Case) 之破壞分析 - 孫 立
● 有限元素模型 (solid) ● 有限元素模型分割圖
144
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油壓缸外殼 (Case) 之破壞分析 - 孫 立
● 理念有限元素模型
Solid 92 Solid 45
145
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油壓缸外殼 (Case) 之破壞分析 - 孫 立
● 最大及最小麥西絲應力及主應力大小
Solid 45 Solid 92
Seqv Max 4.75E+6 9.69E+6
Seqv Min 1.13E+3 2695.6
S1 Max 5.96E+6 1.05E+07
S1 Min -5.80E+5 -3.34E+04
S2 Max 2.37E+06 1.45E+06
S2 Min -7.02E+05 -6.37E+05
S3 Max 1.08E+06 4.08E+05
S3 Min -3.19E+06 -2.45E+06
146
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油壓缸外殼 (Case) 之破壞分析 - 孫 立
● 最大及最小麥西絲應力位置
Solid 45 Solid 92
147
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油壓缸外殼 (Case) 之破壞分析 - 孫 立
● 最大及最小主應力 (S1) 位置
Solid 45 Solid 92
148
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油壓缸外殼 (Case) 之破壞分析 - 孫 立
最大及最小位移變形表
Solid 45 Solid 92
Ux Max 0.31923E-04 0.55834E-04
Ux Min -0.36146E-04 -0.77417E-04
Uy Max 0.28387E-04 0.77121E-04
Uy Min -0.27656E-04 -0.78160E-04
Uz Max 0.18367E-03 0.39414E-03
Uz Min -0.35707E-05 -0.63851E-05
149
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油壓缸外殼 (Case) 之破壞分析 - 孫 立
● 位移變形圖
Solid 45 Solid 92