不完整平板的熱加工研究

在軟體分析時通常為了方便，大多都將試片視為完整無缺的情形。然 而在實際情況，當在做加工處理時，加工物件不完全均為完整無缺的試片，

有時為了節省材料的浪費，也會將有缺口、缺陷的試片拿來加工。以下分 為幾種情形作為討論：

分析範例 1：

對於分析不完整平板的研究，在有限元素軟體 ANSYS 先建立不完整平 板之模型，其尺寸如圖 3.28 所示。對模型做網格化與施加熱源負，而邊界 條件是在平板中心上下兩端各取一點拘束 x 方向，再於平板中心上端加入 y 方向的拘束，邊界條件與加工路徑如圖 3.28 與 3.29 所示

圖 3.28 不完整平板的尺寸 圖 3.29 網格後的試片

如圖 3.28 所示，雖然此平板為不完整試片，但是對於加工路徑來說，此試 片為對稱平板，因此在分析結果上來說應為左右對稱。然而在此例子的結 果並不為左右相互對稱，此原因如圖 3.29 所示，其網格對於加工路徑來說 就不是左右對稱的。由於軟體對於有缺口物體的網格劃分，並不能自行判 別其是否為對稱物體，而對物體作對稱性的網格劃分。

分析範例 2：

在此分析範例中，將以熱源加工路徑視為對稱軸線，對於試片做對稱 性的網格劃分，而對於熱源負載及邊界條件的假設皆與範例 1 相同，如圖 3.30 所示。移動式熱源加工路徑示意圖如圖 3.28，而在加工路徑周圍取九 個點與裂縫周圍取四個點，做為觀察分析結果的節點，其節點的位置關係 如圖 3.31 所示，以下結果均用節點的位置表示。

圖 3.30 對稱性網格後的試片 圖 3.31 量測點的位置

在 ANSYS 軟體裡，將整個移動式熱加工過程設定總時間為 60 秒，由 於每個時間點的應力應變值會承接上個時間點的值而有加成的效果，因此 我們分別取出在 t=1 秒與 t=60 秒時裂縫周圍的應力分布圖，其量測點位置 參考圖 3.31。

t=1 秒：

圖 3.32 P1-P2 主應力(1st)分布圖 圖 3.33 P1-P2 主應力(3rd)分布圖

圖 3.34 P3-P4 主應力(1st)分布圖 圖 3.35 P3-P4 主應力(3rd)分布圖

t=60 秒：

圖 3.36 P1-P2 主應力(1st)分布圖 圖 3.37 P1-P2 主應力(3rd)分布圖

圖 3.38 P3-P4 主應力(1st)分布圖 圖 3.39 P3-P4 主應力(3rd)分布圖

如圖 3.32、3.34 與圖 3.36、3.38 所示，分別為 t=1 秒與 t=60 秒時量測 路徑 P1 到 P2、P3 到 P4 的主應力(1st)分布圖；而圖 3.33、3.35 與圖 3.37、

3.39 分別為 t=1 秒與 t=60 秒時量測路徑 P1 到 P2、P3 到 P4 的主應力(3rd) 分布圖。以下將探討在整個分析過程中，各量測點的應力應變圖與時間的 關係。

圖 3.40 位置 11_21_31 應力圖 圖 3.41 位置 11_21_31 應變圖

圖 3.42 位置 12_22_32 應力圖 圖 3.43 位置 12_22_32 應變圖

圖 3.44 位置 13_23_33 應力圖 圖 3.45 位置 13_23_33 應變圖

圖 3.46 M1_M2_M3_M4 應力圖 圖 3.47 M1_M2_M3_M4 應變圖

由以上的應力應變圖可得出以下的結論：

1. 比較位置 11_21_31 與 13_23_33：

由於位置 11_21_31 與 13_23_33 對於加工路徑為左右對稱，因此其應 力應變曲線圖均相同，所以在此僅討論位置 11_21_31。如圖 3.40、3.41 所 示，位置 11 在熱源一開始移動時就產生壓應力而造成壓應變，而後隨著熱 源的遠離，應力值慢慢趨近於零，甚至最後會有些微張應變的產生。位置 21 在熱源經過前會先產生張應力，當熱源經過時就轉變成壓應力，而隨著

熱源的遠離應力值漸漸地恢復歸零。位置 31 其應力值的變化情形，類似位 置 21。

2. 比較位置 12_22_32：

分析結果可從圖 3.42、3.43 可以更明顯看出熱源的移動所造成的影響，

在熱源到達之前呈現張應力的狀態，當熱源移動至量測點的位置時則呈現 壓應力，然而當熱源遠離量測點時，其所受的應力馬上又轉成張應力。

3. 比較位置 M1_M2_M3_M4：

由圖 3.46、3.47 可看出裂縫周圍量測點其應力應變與時間的分布曲線 圖。當熱源一開始作用在分析模型時，沿著加工路徑的位置 M1 與 M2 呈現 張應力的狀態，隨著熱源的遠離應力曲線逐漸趨近平緩，但仍然是張應力；

而位置 M3 與 M4 在ㄧ開始熱源移動時，呈現壓應力的狀態，隨著熱源的遠 離應力曲線會逐漸趨近平緩。此外由圖 3.32 至 3.39 可得知，當模型有裂縫 時在裂縫的周圍會有集中應力的產生。