本文主要目的為探討碳纖維/聚醚醚酮複材積層板模擬在室溫下承受高速衝擊後之破壞分析，並同時比較有無鋁板積層板之差異性，運用有限元素套裝軟體ANSYS/LS-DYNA模擬衝擊過程，並將模擬結果與理論推導結果比較與驗證，最後討論整個衝擊過程產生衝頭動能、結構內部能量之變化，以及其殘留速度。
文中主要分為兩大部分:第一部分為運用ANSYS/LS-DYNA模擬在7種不同積層板進行六種不同速度之高速衝擊，其速度分別為100、200、500、1000、1500與2000 m/s，可得到在各種不同速度之高速衝擊過後衝頭的殘留速度，並模擬出各積層板之彈道極限。第二部分為推導理論公式，得出材料之彈道極限。最後再將模擬結果與理論推導之公式加以驗證比較。
經由模擬結果可以得知，以純APC-2疊層而言，速度越高而能量差較大；但積層板內能在速度越高時吸收量卻較少；在有鋁板保護的積層板模型中，APC-2疊層之能量吸收約為0.08~0.24 J，而從內能吸收量曲線也可發現底板之能量吸收量皆多於頂板，可了解到在此三明治結構中，能量吸收主要來自於底板。我們利用能量守恆的概念來推導理論公式，比較其數值解析與模擬結果，兩者間之彈道極限誤差百分比約在1.8%~15.6%間，誤差皆在可接受的範圍內，也說明我們利用能量守恆的概念來預測其彈道極限實相當準確。

This paper aims to investigate the failure analysis of APC-2 laminates after high-velocity impact at room temperature. The ANSYS/LS-DYNA 3D software was used to simulate the high-velocity impact process, then we compared the numerical simulation results with the theoretical derivations of ballistic limit in the APC-2 laminates and Al/APC-2 hybrid composite laminates. The conclusion includes the projectile kinetic energy, the laminate inner energy, the residual velocities of each projectiles and the ballistic limit of various laminates.
The main work can be divided into two parts, one of simulate the impact of laminates in high-velocities by using ANSYS/LS-DYNA 3D software, the high-velocity impact will be conducted for seven sets of samples with six velocities, 100, 200, 500, 1000, 1500 and 2000 m/s, respectively. Also the ballistic limit of various laminates were simulated. Another is theoretical derivations of ballistic limit in the APC-2 laminates and Al/APC-2 hybrid composite laminates.
To APC-2 laminates of simulation results, there is large energy difference with higher speed but the laminates of internal is less. In Al/APC-2 hybrid composite laminates, for APC-2 laminates of the energy absorbing about 0.08~0.24 J, and the energy absorption of backsheet was greater than facesheet. From the above-mentioned it is clear that the absorption of energy main occurred in backsheet of the sandwish structure. The law of conservation of energy was used to derive the theoretical formulas to compare with simulation results, the error about 1.8%~15.6%. The prediction of ballistic limit by using concept of conservation of energy are in good agreement with the numerical simulation results.

摘 要 i
ABSTRACT ii
圖目錄 v
表目錄 vii
第一章 緒論 1
　　1-1前言 1
　　1-2複合材料簡介 1
　　1-3研究方向 1
　　1-4 文獻回顧 2
第二章 理論基礎 4
　　2-1複合材料積層板能量吸收理論 4
　　2-2非線性理論 4
　　2-3複合材料破壞準則 5
第三章 數值模擬與方法 8
　　3-1 ANSYS/LS-DYNA簡介 8
　　3-2 模擬材料性質簡介 8
　　3-3 有限元素模型建構 9
　　　　3-3-1 單位使用 10
　　　　3-3-2 網格資料 10
　　　　3-3-3 材料參數及模型介紹 10
　　　　3-3-4 運算時程設定 11
　　　　3-3-5 接觸與邊界條件定義 11
　　　　3-3-6 後處理器 12
　　　　3-3-7 失效準則 12
　　3-4分析流程 14
　　3-5 收斂性分析 16
　　3-6 模擬參數設定說明 17
第四章 數值模擬結果 32
　　4-1 純APC-2積層板進行不同速度衝擊之模擬結果 32
　　4-2 [Al/(0/90)18]S積層板進行不同速度衝擊之模擬結果 32
　　4-3 7種不同積層板之彈道極限模擬結果 32
第五章 分析與討論 54
　　5-1 模擬結果分析與討論 54
　　　　5-1-1純APC-2積層板模擬不同速度衝擊，觀察並比較其殘留速度與能量變化。 54
　　　　5-1-2 [0/90]18S與[Al/(0/90)18]S兩者間衝擊後速度、能量與積層板內能之差異。 55
　　　　5-1-3 尋找以上7種不同積層板之彈道極限。 57
　　5-2 理論公式推導 57
　　　　5-2-1 純APC-2積層板之彈道極限推導 57
　　　　5-2-2 Al/APC-2積層板之彈道極限推導 59
　　5-3 理論公式推導與模擬結果之比較與討論 63
第六章 結論 71
參考文獻 72

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