12_婴幼儿摇椅金属底座的破裂分析

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1、第十五屆2010AbaqusTaiwanUsers’Conference嬰帅兒搖椅金屬底座的破裂分析明門工程團隊明門實業股份有限公司摘要本公司研發的嬰帅兒搖椅的金屬底座會進行壓縮及扭轉兩種誤用測試，在承受荷重約1176N及490N時會發生結構破裂現象，本文應用ABAQUS提供的材料累進損傷與失效模型進行分析，以重現底座結構的實際破裂行為，並做為後續底座設計變更，預估極限荷重與破裂位置的基礎。關鍵字：材料損傷與失效、破裂行為、極限荷重ABSTRACTTheultimateloadsforbaseofswingchairare1

2、176Nincompressiontestand490Nintorsiontest.Materialprogressivedamageandfailuremodelisappliedinthisanalysistoverifythephysicalfracturebehaviors.Thestudyresultswillbeusedtopredicttheultimateloadandfracturebehaviorinthefollowingdesignrevision.Keywords:ultimateload,prog

3、ressivedamageandfailure,fracturebehavior一、前言二、損傷失效模型的選擇明門實業股份有限公司(以下簡稱明由於底座是以鋁合金ADC12壓鑄成門公司)專注於嬰兒車、嬰兒床、汽車安全型，在ABAQUS中提供了多種金屬損傷失椅、高腳椅等嬰帅兒產品之全球市場需求與效模型，包括shearfailure、tensilefailure、產品設計研發改良。而嬰帅兒搖椅為明門公ductiledamage、John-Cook(J-C)damage、司領先全球研發之新產品，經過多種嚴謹測sheardamage、

4、forminglimitdiagram(FLD)試，其中包含了搖椅底座(以下簡稱底座)的damage、forminglimitstressdiagram(FLSD)壓縮測試與扭轉測試，以模擬消費者的誤用damage、Marciniak-Kuczynski(M-K)damage情境。及Müschenborn-Sonneforminglimit在嬰帅兒產品的測試中，特別重視零diagram(MSFLD)damage等可供用戶選擇。件發生破裂的狀況，因為零件斷裂而產生小其中shearfailure與tensilefailure模型

5、碎片時，容易讓嬰帅兒誤食而發生危險。而是應用在高應變率的變形行為，FLD、底座經如圖1的壓縮測試可得極限荷重為FLSD、M-K與MSFLD等模型是應用在鈑1176N，破裂狀況如圖2所示；如圖3的扭金成型方面，J-Cdamage則與應變率相關，轉測試可得極限荷重為490N，破裂狀況如並不適合用於底座的靜態測試分析。而圖4所示。ductiledamage是應用在孔隙(voids)的成核ABAQUS的材料模型庫中提供了多(nucleation)、成長(growth)以及合併種損傷失效模式，本文旨在根據實際破裂行(coalescen

6、ce)所產生的破裂狀況，shear為嘗試找出合適的失效模式與參數，以作為damage則是應用在局部的剪力帶（shear底座設計變更後，預估其極限荷重與破裂位band）產生的破壞現象。置的基礎。觀察底座的破裂狀況與剪力帶破壞較無關聯，因此本文嘗試應用ductiledamage1/4第十五屆2010AbaqusTaiwanUsers’Conference模型來分析比對底座結構的破裂行為。因此本文假設材料達到降伏點之後，其塑性硬化段為單調上升的直線，並在達到材三、損傷失效模型的說明料容許的伸長率後隨即斷裂(假設此材料試Ductil

7、edamage模型是ABAQUS中材片的頸縮行為造成的局部應變極小)。料累進損傷失效(ProgressiveDamageand根據上述有限的材料數據與假設，可得Failure)模型中的一種，其概念可由圖5典ADC12的真實應力應變曲線如圖6，其相型的金屬試片拉伸的應力應變曲線做說明：對應的PEEQ值2.24%即為單軸向拉伸試驗圖中a-b段是材料的線彈性曲線，b-c所對應的應力三軸度之損傷起始值，而損傷段是材料達到降伏點後的應變硬化曲線，發展可定義為極小的能量消耗值。c-d段則是試片開始頸縮至斷裂的曲線，此其他應力三軸度與損傷

8、起始的PEEQ段曲線會存在局部應變現象(strain之關係，則參考文獻[2]提供的ENAW-7108localization)。ABAQUS的DuctiledamageT6數據，比對單軸向拉伸試驗之損傷起始模型將c點視為損傷起始點(damagePEEQ值，調整如圖7所示。如此即完成包ini