首先製作一段三明治翼型結構,但是內部不放置任何接合機構,
經由上述的實驗程序,可得一懸臂支承的三明治結構實驗結果(施力 及邊界條件如圖 6-12 所示);利用 4-1 節介紹的二維以及三維有限元 素分析模型,以及 2-3 中介紹的 Fortran 程式,可得到理論分析的結 果,如圖6-13 以及表 6-5 中所示,其中所使用的材料常數如表 4-1 所 示。
由表6-5 中顯示三維有限元素分析模型較二維有限元素模型來得 準確,在施力達2.5 公斤時誤差為 3.48﹪。由表中誤差的趨勢以及圖 6-13 中撓曲曲線的走勢可以看出,在施力小時誤差較小,在施力大時 誤差會逐漸增加,這是由於支承並不是完全的懸臂支承導致。由於本 實驗的縱長相當長,假如支承端經施力造成 1 度的旋轉量,則端點會 產生40×sin(1°)=0.70 cm 的撓度,約等於造成 0.7/0.969=72.2%的誤差 量,因此實驗中支承的模擬十分重要。ㄧ開始使用數個C型夾來模 擬,但是誤差始終超過 20%,後來使用 3-2-3 節中介紹的夾具來挾持,
由於挾持的面積變大很多,使得誤差減少成小於 7%,並且增加 6-2-1 節之中的步驟(7),直至當壓力增加數十公斤時數值的變化量影響誤 差不足 1~2%為止。但是隨著施力的增加,邊界些微的轉動仍然會使 實際量測的撓度稍大。
接著製作一具接合機構且經由兩段來接合的三明治翼型結構,經
由上述的實驗程序,可得一懸臂支承的三明治結構實驗結果(施力及 邊界條件如圖 6-14 所示);利用 4-2 節介紹的有限元素分析模型,以 及 2-3 節中介紹的 Fortran 程式,可得到理論分析的結果,如圖 6-15 以及表6-6 中所示。其中所使用的材料常數如表 4-1 所示,連接管道 以及板狀結構的材料常數由纖維與發泡材料所佔的體積比來估算。葉 片的截面尺寸如圖 6-16 所示,其中淺藍色為發泡材料.綠色為巴爾沙 木.藍色為連接管道,在截面 1 中紅色為空洞.黃色為巴爾沙木,在截 面2 中紅色與黃色皆為板狀結構。截面 1、截面 2 的外表面皆蒙上一 層0.01 cm 厚的玻璃纖維。
表6-6 中顯示有限元素分析模型,在施力達 2.5 公斤時誤差為 6.01
﹪。由表中誤差的趨勢以及圖 6-15 中撓度曲線的走勢可以看出,本 實驗也有先前所述在施力小時誤差較小,在施力大時誤差會逐漸增 加,本來本實驗的縱長較先前實驗來得長,旋轉造成的誤差量應相對 的增加,然而實驗中發現挾持的長度也會影響誤差量,當挾持的長度 越長時誤差越小,邊界越不容易旋轉,但是先前不含接合機構的實驗 試品長度較短,無法挾持較長的長度也是造成其旋轉誤差的因素。
本實驗的分析中,發泡加纖維束的連接管道,以及板狀結構的材 料常數,是以估算其發泡材料的量以及纖維總量,依照其各自所佔的 體積比來推估其材料常數。經由改變其纖維所佔總量約-10~10%所算 出的材料常數,代入有限元素模型以及 Fortran 程式的結果影響不 大,因為聯接管道位於內部,相較於面材影響的慣性矩較小,而板狀 結構所佔的長度又不長,只有強化接合部分一小段長度所致。
綜述本實驗造成誤差的因素如下:
(1) 各種試品製作上的缺陷,如鐵氟龍摺痕、接合角度的精準度、
玻纖外殼疊層角度誤差……等等。
(2) 發泡材料常數量測實驗時造成的誤差。
(3) 各種材料常數如發泡及巴爾沙木,極容易因為產品以及施工 品質變化導致誤差。
(4) 連接管道以及板狀結構材料常數推估造成的誤差。
(5) 連接管道以及板狀結構模型簡化所造成的誤差。
(6) 邊界條件模擬的誤差。
(7) 實驗時的工作平台並不完全為穩固的平台。
(8) 拉伸試驗機精準度上的誤差。
對於邊界條件模擬的誤差,如在固定端改為翼型結構與防撞泡棉 之間的接觸分析,則誤差將更為減少,模擬將更為真實。在此應使用 面對面接觸元素分析,並且需量測出防撞泡棉的剛性,以模擬防撞泡 棉的接觸變形行為。接觸分析屬於邊界非線性的分析,接觸元素相當 於一根根具不貫穿拘束的柔軟彈簧在翼型結構與泡棉之間,求解時需 以遞迴的方式重複施加與移除邊界條件,因此在模型相當大時會耗費 極大的電腦資源;並且由於 fortran 程式無法如此模擬邊界,如此一 來將無法比較ANSYS 與 fortran 程式之間的差異性。
另有一減少邊界旋轉誤差的方法,即是挾持一在挾持段與翼型結 構外型一致,並具有極大剛性的結構,利用上述實驗流程測出每一實 驗施力值的旋轉位移。假設此結構為剛性,則可將實驗時旋轉造成的 誤差減少。但是此結構的自重也會影響實驗時的準確性,因此需以配 重的方法使其重心與實際待測物品一致,唯製作不易與成本稍高為其 缺點。