含脫層壓力容器模擬結果

為了進一步觀察解脫層的出現對壓力容器在各疊層的應力分佈影 響，本節依照第三章的實驗結果，在 4-5 層之間假設存更脫層，進行模 擬分析，討論不同 x 位置脫層造成的應力分佈。

4.3.1 平板結構的脫層模擬

為了確認此方法是否可行，本研究在進行壓力容器模擬之前先建立 了一個具更脫層的平板結構，考慮此平板在受到外力作用下的應力分 佈。參考圖 4.20 所示，首先在 x-z 平面上建立一個大小為 50mm×50mm 的面積，並以平板正中心為座標原點，之後在平板正中央切割出

10mm×10mm 的面積，接著在同樣位置建立同樣大小的面積，此時就更 兩塊 10mm×10mm 的平面，在網格化之後，可以將此兩塊面積做為脫層 的上下裂縫面。將平板層數設為 4 層，每層厚度為 0.3mm，脫層假設在 1-2 層之間，因此正中央的面積在元素特性參數上，分別設為 3 層及 1 層。平板選用元素為 Shell91，材料參數如表 4.3 所列。在平板的一邊施

以淨力為 1,200(N)的均佈力，另一邊則給滾輪(roller)拘束，限制平板 x 方向位移，脫層上下面於脫層邊緣交接處的節點重和，ANSYS 套裝軟 體稱之為耦合(couple)，即位移相等。

求解後平板於 z=0 線段上的應力分佈如圖 4.21 所示，各層應力在脫 層邊緣都更突起點，此為脫層造成的奇異值。為確認分析的正確性，本 研究檢查平板中間與施力方向垂直的淨力是否維持力平衡，計算結果列 於表 4.4，平板整體的淨力為 1,200.36(N)，滿足力平衡關係，以此分析 步驟建立脫層是可行的。

4.3.2 壓力容器的脫層模擬

本研究在模擬脫層時，依照脫層的位置分為兩類。第一類脫層在第 4-5 層疊層之間，涵蓋範圍為直筒段-25.4~25.4mm，且軸對稱環繞直筒 段分佈。第二類脫層在第 4-5 層疊層之間，涵蓋範圍是在直筒段

25.4~50.8mm，同樣也環繞直筒段分佈。

在壓力容器上建立脫層之方法，與平板類似，在脫層位置建立兩個 面積，分別代表發生脫層的上下面，即第 4 層與第 5 層。為了得到較精 確分析結果，將脫層位置的網格加密，增加更限元素數量，第一類脫層 的更限元素實體模型如圖 4.22 所示。使用節點數量為 324,548，元素數 量為 121,569。第二類脫層的更限元素實體模型如圖 4.23 所示。使用節 點數量為 295,108，元素數量為 111,969。為了與完整複材壓力容器比較，

本節均以相同壓力值，1,026psi 設為壓力容器的內壓。

(1)第一類脫層模擬結果

圖 4.24 至圖 4.27 所示為第 1 層到第 4 層纖維方向應力(σ11)分佈與垂 直纖維方向應力(σ22)分佈。在直筒段及端蓋處均產生極值，直筒段的極

值是因為脫層造成的奇異性，脫層位置的應力變化較少。

力容器達到爆破時，外 4 層較更可能產生纖維斷裂。