Abstract
本研究旨在提出複材疊層板之破裂與裂縫修補問題之多層式複合應力有限單元分析模式及四種多層式單元。在分析模式中，慮及三維應力。同時，假設之應力場滿足 (1)每一層內應力平衡，(2)層間作用力平衡及 (3)疊層板上表面與下表面為無應力之邊界條件。在內層應力分析模式中並加入一接觸分析技巧以處理含脫層裂縫疊層板之接觸行為。一旦接觸情形發生時，假設應力場亦滿足接觸區作用力平衡條件，並應用轉換矩陣來滿足接觸位移條件。由於所假設之應力參數及單元節點數皆與層數無關，故所設計之多層式單元皆適合處理大層數疊層板之問題。在破裂問題分析中，MLTIN和MLTDL多層式單元分別被設計用來處理含貫穿式裂縫之一般薄或中厚疊層板及含因橫向破裂導致脫層之疊層板的問題。文中，分析數個不同疊層角度之含貫穿式裂縫疊層板及含因橫向破裂導致脫層之正交疊層板之應力分佈情形。另外，並探討貫穿式裂縫沿板厚度方向之應力強度因子變化及評估層厚度對脫層之影響。在裂縫修補問題方面，二種不同型式之多層式單元， MLTUP和MLTPH，被建立用以模擬板中未修補與修補之部份。在數個分析例中，先探討有關單軸向拉伸下之單邊與雙邊全修補裂縫板之問題，其中並研究單邊修補裂縫之彎曲效應及採用不平衡複材補片降低未修補自由邊之應力強度因子效應。對於單邊修補裂縫所引起之彎曲效應，本論文所發展之技巧，不需使用彎曲修正因子即可正確地描述。在單軸向拉伸下之等向性裂縫板及複材裂縫疊層板之單邊與雙邊部份修補問題則接續被研究。各種補片參數對複材裂縫疊層板之應力強度因子影響亦被探討。此外，文中亦研究單邊與雙邊修補裂縫正交疊層板之自由振動問題，對補片參數對自然振頻之影響亦有所探討。由實例計算中，並與文獻結果相較，顯示所發展分析模式之適用性與正確性。由於所發展分析模式是以三維觀點為基礎，因此，未來可應用於更廣泛、更實際之破裂與裂縫修補問題。