Abstract
高級複合材料由於具有較高的強度╱重量比, 因此可以大幅度減輕結構重量。理論上, 現有複合材料可使結構減重達百分之五十以上, 但是在實際應用時卻很少能夠超過百分之三十, 其主要理由是因為不論如何改善結構的接頭設計, 均需做局部補強, 以彌補在黏結界面或挖孔受力處因應力集中現象而減弱的強度; 同時, 在機械式搭接頭中大量的使用緊固件也會增加重量。正交性質複合材料機械式搭接接頭的分析研究, 過去大多著重於平板受力假設為平面應力或平面應變之情形。本文針對正交性質複合材料單層機構式搭接接頭進行討論。單層機械式搭接接頭在承受負載時, 除了平面內(in-plane)厚度方向分佈應力外, 尚須承受因厚度方向分佈應力產生的彎矩。在本文的分析方法中, 使用二維正交性平面應力╱平面應變間接邊界單元及不等向性平板間接邊界單元分別解相對於厚度方向分佈力及邊界垂直彎矩之解。二維間接邊界單元可將區域點趨近至積分邊界上, 平板間接邊界單元因為存在發散積分, 應用時需將積分邊界稍為平移至問題邊界外。在二維平面問題中, 搭接接頭螺栓孔的邊界條件考慮了外力邊界、固定邊界以及剛性銷且無摩擦力之邊界條件; 在平板彎曲問題中考慮了螺栓孔全固定邊界、半固定邊界以及外力邊界。分析結果顯示邊界條件的選用、材料之方向性、搭接接頭之受力方向及螺栓孔邊距等都會影響搭接接頭之應力集中係數, 而且彎矩產生的應力集中與厚度方向均佈力產生的應力集中為同一等級 (order)。