第五章 ANSYS 軟體及實驗結果模擬分析
5.3 ANSYS 模擬分析
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5.3 ANSYS 模擬分析
由 4.3 節實驗結果得知，結構接點之力學行為為兩階段線性行為，且實驗過 程皆無碰撞變形之產生，故只屬於大變位之非線性行為。由圖4-19 及 4-20 可知，
當施力達5.774KN 時，位移計 A 變位在 2.34-3.86mm 之間，位移計 B 變位在 2.3-2.44mm 之間，柱底部固定之螺栓產生局部壓陷，為柱之偏移的主要原因。
故在設定環境條件上
(1) 施力點設定為5770N 壓力，受壓面積為 20mm*60mm，故均佈壓力為 4.808MPa。
(2) 因主要模擬部分為柱梁之接點旋轉勁度及應變，柱之變位則不在模擬範圍 內，故柱之底部三方向之自由度皆限制住。
(3) 在材料性質設定上，柱之材料性質設定為等向性材料，但各項力學性質還是 以第3 章實驗結果之數值代入。而梁之材料性質設定為非等向性材料，各項 力學性質之數值皆以第3 章實驗結果為依據。
分析結果如下：
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圖5-8 試體之各部位位移
圖5-9 梁之應變
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- 59 - 圖5-10 梁之應力
圖5-11 試體內部之應變
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圖5-12 試體內部之應力
圖5-13 試體內部之應力(細部 1)
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圖5-14 試體內部之應力(細部 2)
由圖5-8 可見，最大位移為 18.85mm 產生於梁之受力端的尾端，且因上半 部為拉力端之故，梁於靠近柱子之上半部位移皆比下半部大且明顯。且由圖 及圖 可知，此結構之接點的應力皆集中在受力端的梁柱交點上，非受力端 雖有比較大之變位，但材料內部並無應力及應變。
由圖5-11 及圖 5-12 可發現，因受上端受拉力而下端受壓力之影響，最大應
變位於梁在柱內之中點，最大應力為 發生於拉力端。且由圖 及
圖 ，並對照實驗圖 及 可知 先
產生部分壓陷破壞。
5-9 5-10
107.558KN 5-13
5-14 4-15 4-17 ，梁之下半部與柱相接觸的部位，會
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圖5-15 單元應力方向 1
圖5-16 單元應力方向 2
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圖5-17 柱的 XY 平面剪力狀態
由圖5-15 及圖 5-16，梁在受力端時，上半部所受之應力為拉力，而下半部 為壓力；在非受力端時，上半部所受之應力為壓力，而下半部為拉力。且梁在柱 內的部分，上半部所受之拉力逐漸遞減變成受壓力，而下半部所受之壓力逐漸轉 變成受拉力，故此處受到旋轉勁度及YZ 平面之剪應力最大，材料內部的應變也 最大。
綜合上面所描述，穿鬬式結構接點之破壞模式可能如下：
(1) 最大應力集中處破壞
隨著施力的增加，梁柱接點的底部受到局部壓潰，使抗拉面積逐漸減少。當 抗拉面所提供之抗拉強度低於所需之拉力時，即到達破壞。
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(2) 梁受水平剪斷破壞
因梁在上半部所受之應力為拉力，而下半部為壓力，故材料中間所受之水平 剪應力及應變極大。故當材料所受最大應力未達到抗拉強度之前，抗剪強度 先到達破壞，便會變成此破壞模式。
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旋轉角(rad) 0.0167 0.0275 0.0224
旋轉勁度(kg-m/rad) 17275.45 10490.91 12879.46
位移計B(mm) 2.3 2.44 2.358
旋轉勁度(kg-m/rad) 3703.7 4347.83
位移計B(mm) 0.48 0.28
位移計C(mm) 1.11 0.86
施力點變位(mm) 13.23 11.27