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應用內隱與外顯式有限元素法於車輛輪胎水漂性能及防撞結構安全防護之研究

為了解決195 65R15的問題，作者邱元升 這樣論述：

摘要論文題目(中文)：應用內隱與外顯式有限元素法於車輛輪胎水漂性能及防撞結構安全防護之研究論文題目(英文)：A Study of Automotive Aquaplaning Behavior and Structural Crashworthiness Performance Using Explicit/Implicit Finite Element Methods指導教授：鄭泗滄 教授 本文主旨是利用內隱與外顯式有限元素法進行車輛輪胎水漂性能及防撞結構安全防護的研究，並透過實驗與對照參考文獻數據的方式，來驗證有限元素模型的正確性，進而設計並發展出能增加輪胎的排水性能的花紋以及提升防撞

管件結構吸收能量的觸發機構。 對於車輛輪胎水漂性能方面，本文主要在於研究多種花紋(光頭花紋、直排花紋、V型花紋)的先進複合材料輪胎的排水性行為。本文將輪胎結構中的複合材料補強層與花紋或胎邊，分別使用古典基層板理論(Classical Laminated Theory, CLT)與Mooney-Rivlin模型，來描述等效材料性質。而Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE)方法,則用於模擬輪胎在經過積水路面複雜的流固耦合(Fluid Structure Interaction, FSI)現象。在靜態壓縮模擬與實驗方面，本文透過靜態壓縮實驗數據與FEM模型驗證，其反

力與壓印面積的誤差都在10%以內。在數值驗證方面，本文使用LS-DYNA與Nakajima等人，比較輪胎滾動在乾地路面時的正向接觸反力， 與DYTRAN模擬結果比較正向反力曲線，都有相當一致的結果。而對於排水性能驗證方面，本文與Okano與Koishi等人比較光頭、直排與V型花紋的輪胎(195/65R15)，排水性能的誤差都在可以接受的範圍之內。而對於直排花紋輪胎而言，本文將探討不同的主溝寬度、不同的深度積水路面、不同軟硬程度的花紋、不同的花紋區間以及不同個數的主溝花紋對輪胎排水性能的影響。而對於V型花紋輪胎而言，本文將探討正轉與反轉的差異、不同角度的特徵角、不同個數的特徵花紋以及24°前緣傾

斜角對於輪胎排水性能的影響。最後，透過將V型花紋與直排花紋的幾合特徵結合，發展出能提升40.2%的輪胎排水速度(Tire hydroplaning velocity)的輪胎花紋。對於防撞結構安全防護方面，本文主要在於研究金屬管件的靜動態衝壓潰縮行為。由於管件結構常用於汽車防撞設計中，本文將金屬管件結構中加入不同的觸發機構(Triggering mechanisms)，來提升管件結構的吸收能量效果，並且減低初始衝擊力的大小。在衝擊壓縮模擬中，金屬管件使用Power Law Plasticity模型與Elasto-Plastic模型，並且考慮應變率效應的影響。而在實驗與數值擬靜態驗證方面，本文使用

LS-DYNA與Seitzberger等人以及Santosa等人，比較空心金屬管件或含泡綿金屬管件的初始衝擊力、平均力與吸收能量，都有相當一致的結果。此外，本文也將探討不同的孔洞大小、不同的孔洞形狀、不同壓印深度的金屬管件對防撞金屬管件結構的潰縮性能影響。而在數值動態模擬驗證方面，本文使用LS-DYNA與Ghasemnejad等人，比較空心金屬管件與含皺紋狀金屬管件的初始衝擊力、動態平均力與吸收能量，都有相當一致的結果。而在解析模型方面，透過Ghasemnejad發展對含皺紋狀金屬管件的理論解析模型，本文加入凸狀觸發機制，去引導金屬管件在潰縮過程中，不斷使空心管件結構產生延展皺摺模式(exte

nsional mode)，進而發展出新的解析模型，透過數值與模擬的比較，其誤差都在可接受的範圍內。並且此種設計，在對於含凸狀觸發機制且為最小間距的皺紋狀金屬管件，可提升74%的吸收能量效果以及降低75%的初始衝擊力。