第四章 試驗結果與模擬分析結果之探討與比較
4.2 ANSYS 模擬 FRP 橋面版試驗結果與試驗結果之比較… .65
圖 4-12 實際位移值-LVDT 值關係圖－試驗三
4 .2 ANSYS 模擬 FRP 橋面版試驗結果與試驗結果之比較
定的範圍內，但是由於第一次的試驗不甚理想，因此只討論到此。表 4-1 為此次 FRP 橋面版試驗與 ANSYS 模擬數值之比較。
圖 4-13 第一次試驗之位移(Z 方向)模擬結果示意圖
表 4-1 FRP 橋面版試驗與 ANSYS 模擬數值（Z 方向之位移值）之 比較－試驗一
第 一 次 試 驗 （ 載 重 ＝ 6000 ㎏ ）
試 驗 值 （ ㎝ ） 1.069
ANSYS 模 擬 值
（ ㎝ ） 1.024
誤 差 （ ﹪ ） 4.21
第二次模擬（上下層 GFRP 厚度為 1.2 ㎝）先取 HS20-44(MS18) 標準貨車載重後輪之單邊輪荷重 7300 ㎏（先不考慮衝擊荷重）時的 位移值，此時試驗所得到的試驗值為 0.278 ㎝，以元素為 15750 個之 有限元素模型，由 ANSYS 模擬得到的數值為 0.264425 ㎝（圖 4-14），
兩者的誤差為 4.88﹪；再以考慮衝擊荷重後的載重值 9490 ㎏以 ANSYS 來模擬，此時的試驗值為 0.3421 ㎝，以 ANSYS 模擬所得的 數值為 0.343753 ㎝（圖 4-15），兩者的誤差為 0.48﹪，這兩種模擬結 果的誤差值均能控制在預定的誤差範圍內，顯示此次的模擬分析結果 已能初步確立以 ANSYS 軟體模擬分析 FRP 橋面版的可靠度。表 4-2 為此次 FRP 橋面版試驗與 ANSYS 模擬數值之比較。
圖 4-14 第二次試驗位移(Z 方向)模擬結果示意圖－無衝擊荷重 表 4-2 FRP 橋面版試驗與 ANSYS 模擬數值（Z 方向之位移值）之
比較－試驗二 第 二 次 試 驗
未 考 慮 衝 擊 荷 重 有 考 慮 衝 擊 荷 重
試 驗 值 （ ㎝ ） 0.278 0.3421
ANSYS 模 擬 值
（ ㎝ ） 0.264425 0.343753
誤 差 （ ﹪ ） 4.88 0.48
圖 4-15 第二次試驗位移(Z 方向)模擬結果示意圖－含衝擊荷重
第三次模擬（上下層總厚度為 1.2 ㎝，含 CFRP 版）一樣先是模 擬以未考慮衝擊荷重的 HS20-44(MS18)標準貨車載重後輪之單邊輪 荷重 7300 ㎏進行模擬，以 54250 個元素之有限元素模型進行 ANSYS 模擬分析，此時的試驗值為 0.138263 ㎝，ANSYS 模擬得到的數值為 0.136691 ㎝（圖 4-16），兩者的誤差為 1.14﹪；再以考慮衝擊荷重後 的載重 9490 ㎏進行模擬分析，此時試驗值為 0.163771 ㎝，ANSYS 模擬得到的數值為 0.157747 ㎝（圖 4-17），兩者的誤差為 3.68﹪，這 兩種的模擬結果亦達成預期的誤差範圍內。因此這次結果更進一步確 保了以 ANSYS 軟體分析模擬 FRP 橋面版的可靠度。表 4-3 為此 FRP 橋面版試驗與 ANSYS 模擬數值之比較。
圖 4-16 第三次試驗位移(Z 方向)模擬結果示意圖－無衝擊荷重
圖 4-17 第三次試驗位移(Z 方向)模擬結果示意圖－含衝擊荷重
表 4-3 FRP 橋面版試驗與 ANSYS 模擬數值（Z 方向之位移值）之 比較－試驗三
第 三 次 試 驗
未 考 慮 衝 擊 荷 重 有 考 慮 衝 擊 荷 重 試 驗 值 （ ㎝ ） 0.138263 0.163771 ANSYS 模 擬 值
（ ㎝ ） 0.136691 0.157747
誤 差 （ ﹪ ） 1.14 3.68
由於第一次的試驗無法得到在 7300 ㎏與 9490 ㎏的線彈性位移 量，因此只能以第二次與第三次結果來再進行以 ANSYS 模擬的數值 因元素多寡的差異性、準確性與可靠性。表 4-4 與表 4-5 為未考慮衝 擊荷重與考慮衝擊荷重，並且以因網格切割大小所得到的元素多寡來 進行 ANSYS 模擬，所得的結果與實際試驗值的誤差百分比做一表格 介紹。結果應驗了有限元素系統的原則，就是元素越小越接近其工程 結構系統的幾何外型與真實行為，所得的結果也比較接近實際試驗 值，更能進一步的確保以 ANSYS 軟體模擬有限元素模型之 FRP 橋面 版的可靠度，並且也確立了本研究所建立的 ANSYS 輸入檔的可靠性 與準確性。但是相對地為求更精確的模擬值，元素越小其 ANSYS 軟 體系統處理的時間也較長。
表 4-4 以 ANSYS 模擬 FRP 橋面版試驗因元素數目不同所得的位移 值之比較－未考慮衝擊荷重
第二次試驗 第三次試驗
ESIZE 元素數 目
位移值
（㎝）
與實際試 驗值誤差
（％）
元素數 目
位移值
（㎝）
與實際試 驗值誤差
（％）
2 15750 0.264425 4.88 54250 0.136691 1.14 3 7755 0.263283 5.29 27025 0.135469 2.02 4 4865 0.258448 7.03 16975 0.131835 4.65 5 3416 0.254281 8.53 12040 0.128865 6.80
表 4-5 以 ANSYS 模擬 FRP 橋面版試驗因元素數目不同所得的位移 值之比較－有考慮衝擊荷重
第二次試驗 第三次試驗
ESIZE 元素數 目
位移值
（㎝）
與實際試 驗值誤差
（％）
元素數 目
位移值
（㎝）
與實際試 驗值誤差
（％）
2 15750 0.343753 0.48 54250 0.157747 3.68 3 7755 0.339535 0.75 27025 0.156157 4.65 4 4865 0.332526 2.80 16975 0.152322 6.99 5 3416 0.330565 3.37 12040 0.151819 7.30 6 2520 0.329833 3.59 9000 0.149088 8.96 7 2100 0.323351 5.48 7500 0.146247 10.23
圖 4-18 元素數目多寡之模擬結果與試驗值（Z 方向之位移值）接近 之程度－試驗二（有考慮衝擊荷重）
圖 4-19 元素數目不同之模擬分析結果與試驗值之位移量誤差百分 比之收斂趨勢－試驗二（有考慮衝擊荷重）
圖 4-20 元素數目多寡之模擬結果與試驗值（Z 方向之位移值）接近 之程度－試驗 三（有考慮衝擊荷重）
圖 4-21 元素數目不同之模擬分析結果與試驗值之位移量誤差百分 比之收斂趨勢－試驗三（有考慮衝擊荷重）