第四章 實驗數據結果
4.1 立柱輪盤強度試驗
圖 4-1 立柱輪盤強度實驗體 A(顯示整體)施加 50kg 之應力圖
圖 4-2 立柱輪盤強度實驗體 A(鋼管部分)施加 50kg 之應力圖
圖 4-3 立柱輪盤強度實驗體 A(鋼管部分)施加 50kg 之應變圖
圖 4-5 立柱輪盤強度實驗體 A(鋼管部分)施加 200kg 之應變圖
圖 4-6 立柱輪盤強度實驗體 B(鋼管部分)施加 50kg 之應力圖
圖 4-7 立柱輪盤強度實驗體 B(鋼管部分)施加 50kg 之應變圖
圖 4-9 立柱輪盤強度實驗體 B(鋼管部分)施加 200kg 之應變圖
圖 4-10 立柱輪盤強度實驗體 C(鋼管部分)施加 50kg 之應力圖
圖 4-11 立柱輪盤強度實驗體 C(鋼管部分)施加 50kg 之應變圖
圖 4-13 立柱輪盤強度實驗體 C(鋼管部分)施加 200kg 之應變圖
由分析結果可以發現，當立柱輪盤受到 Z 方向的力，其最大應力與應變皆為輪盤 與鋼管之交接處，最大位移量是在輪盤外端處，再將模擬數據整理如下表 4-1 至 4-3。
表 4-1：立柱輪盤強度實驗體 A 模擬結果數據表
施力（kg） 50 100 200 400 600 800 應力
（kgf/mm2） 0.285635 0.57127 1.145 2.286 3.429 4.572 應變 2.04E-08 4.09E-08 8.19E-08 1.64E-07 2.45E-07 3.27E-07 實驗體 A 在模擬時材料降伏強度參數為 24.983kgf/mm2，所以施加力大約在 4373kg 時應力值已達到 24.983 kgf/mm2，因此推估當施力為 4373kg 時，將會達到降伏，
再以此電腦線性模擬分析之數據與實驗數據做比對。
表 4-2：立柱輪盤強度實驗體 B 模擬結果數據表
施力（kg） 50 100 200 400 600 800 應力
（kgf/mm2） 0.226707 0.453413 0.907208 1.814 2.722 3.629 應變 1.63E-08 3.27E-08 6.54E-08 1.31E-07 1.96E-07 2.62E-07
實驗體 B 在模擬時材料降伏強度參數為 24.983kgf/mm2，所以施加力大約在 5509kg 時應力值已達到 24.983 kgf/mm2，因此推估當施力為 5509kg 時，將會達到降伏，
再以此電腦線性模擬分析之數據與實驗數據做比對。
表 4-3：立柱輪盤強度實驗體 C 模擬結果數據表
施力（kg） 50 100 200 400 600 800 應力
（kgf/mm2） 0.166775 0.3337 0.667342 1.335 2.003 2.67 應變 1.09E-08 2.17E-08 4.34E-08 8.69E-08 9.69E-08 1.74E-07 實驗體 C 在模擬時材料降伏強度參數為 24.983kgf/mm2，所以施加力大約在 7486kg 時應力值已達到 24.983 kgf/mm2，因此推估當施力為 7486kg 時，將會達到降伏，
再以此電腦線性模擬分析之數據與實驗數據做比對。
從實驗體 A 與實驗體 C 模擬數據中可發現，兩者皆為厚度 8mm 之輪盤，卻 因其設計輪盤之孔洞大小、開孔處至鋼管與輪盤搭接觸的距離而有所影響，使兩者同 一處應力、應變數據不同。而實驗體 B 因其厚度為 6mm 之輪盤，使之受同一施加力所 產生之應力、應變數值略大於另兩種實驗體。
4.1.2 立柱輪盤實驗數據
由之前的表 3-1 與各廠輪盤之形狀、孔洞與輪盤大小的樣式與材料性質。各類型 試體壓測完畢後，各試體破壞之類型分為兩種：
1. 立柱鋼管變形
（電腦車床）或雷射等高精密儀器裁切，因精準度不夠，導致立柱切口並未與輪盤成 水平狀態，令夾具加壓於輪盤時單邊受力，而使之輪盤歪斜。立柱變形實驗體破壞位 置，皆為輪盤下方一公分處之鋼管上，壓測實驗體之數據如表 4-5，強度皆為 20 噸以 上，可以從中推估出，立柱與輪盤搭接觸強度皆大於 20 噸，可以看出全周焊之效果。
表 4-4：立柱輪盤強度測試結果
實驗樣品 銜接方式 輪盤厚度
(mm)
厚度基準值(mm) 荷重、強度(kg) 平均值
A1
皆為全周焊 符合 E60 焊道
標準
8.42
6± 0.3 以上
22044
21292.667
A2 8.39 21550
A3 8.44 20284
B1 6.34 22521
22931.667
B2 6.25 23047
B3 6.07 23227
C1 8.16 24982
25302
C2 8.05 25020
C3 8.12 25904
在實驗過程中，電腦所顯示之荷重位移圖中發現，其中 A1(圖 4-14)線條前端部分 與其他線條不同，經實驗後觀測其實驗體，發覺是因夾具先壓至焊接處的突起塊而導 致的，其他線條(圖 4-15、4-16)則可以看出，皆無曲線達到立柱輪盤破壞強度，仍可持 續加壓，但因荷重無上升走勢，避免實驗體破壞後彈出，導致人或機械受到傷害，便 停止加壓。而切口少許歪斜之 A3 實驗體與 C2 實驗體在荷重位移圖中，並無與其他同 廠之線條不同，表示切口少許歪斜影響不大。
荷重-位移(A)
0.00E+00 5.00E+03 1.00E+04 1.50E+04 2.00E+04 2.50E+04
0.00E+00 2.00E+00 4.00E+00 6.00E+00 8.00E+00 1.00E+01 位移(mm)
荷重(kgf) A1
A2 A3
圖 4-14 A 組立柱輪盤荷重位移圖
荷重-位移(B)
0.00E+00 5.00E+03 1.00E+04 1.50E+04 2.00E+04 2.50E+04
0.00E+0 0
2.00E+0 0
4.00E+0 0
6.00E+0 0
8.00E+0 0
1.00E+0 1 位移(mm)
荷重(kgf) B1
B2 B3
圖 4-15 B 組立柱輪盤荷重位移圖
荷重-位移(C)
0.00E+00 5.00E+03 1.00E+04 1.50E+04 2.00E+04 2.50E+04 3.00E+04
荷重(kgf) C1
C2 C3
在數值模擬與實驗數據之比對下，可得到以下幾點結論：
1. 數值模擬實驗體 A 與 C 之比對下，發現輪盤在同樣厚度下構造型式之不同，
將會影響立柱輪盤強度。
2. 數值模擬顯示，輪盤最大應力於立柱與輪盤搭接處，可推估其破壞處為此，但 因焊材與母材兩者材料混合後產生之焊道，以焊材須符合 E60 級，焊道強度必 定大於 SS400 一般鐵，卻因材質混合無法推估焊道材料性質，因此只顯示鋼管 之處應力與其分部，發現與實驗破壞模式相同。
3. 數值模擬推估達降伏強度之荷重與實驗數據不符，其原因在於此分析以線性外 差法做為一推估值，但模擬出應力最大處與實際實驗破壞處相近，所以仍須以 實驗之方式來判定破壞強度為何。