塑胶太阳眼镜之有限元素分析

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1、中國機械工程學會第二十四屆全國學術研討會論文集中原大學桃園、中壢中華民國九十六年十一月二十三日、二十四日論文編號：C01-0030塑膠太陽眼鏡之有限元素分析12鍾新輝、蔡定凱1高苑科技大學機械與自動化工程系助理教授2高苑科技大學機械與自動化工程系研究生摘要析，將動態分析簡化為靜態分析而承受靜態外力，研究其力學行為，利用降伏理論判定塑膠眼鏡是否降伏本文以塑膠太陽眼鏡作為研究主體，選用合作廠破壞，並依據各國的高速衝擊測試安規標準，檢視塑商山水眼鏡廠公司提供LG-DOWCALIBRE302-5塑膠眼鏡是否滿足廠商要求，分析結果並與廠商實驗結膠材料製成之太陽眼鏡，先由電腦輔助製造

2、軟體果做比較，提供廠商參考使用。CATIA繪製眼鏡本體，將繪圖檔轉換成分析檔，運用有限元素分析軟體ANSYS作力學分析，分別於眼鏡不表一各國的高速衝擊測試安規標準同的位置施加不同的外力模擬當配戴眼鏡時，不慎遭A.ANSIZ87.1美國標準到外力撞擊的情形，利用降伏理論判定塑膠眼鏡是否一般安全眼鏡46.6到44.8m/s降伏破壞，並依據各國的高速衝擊測試安規標準，檢護目境77.7到74.7m/s視塑膠眼鏡是否滿足廠商要求，分析結果並與廠商實驗結果做比較，提供廠商參考使用。B.CE(EN166)歐洲標準一般安全眼鏡46.6到44.8m/s關鍵字:CALIBRE302-5、有限

3、元素、vonMises應力。護目境77.7到74.7m/sC.BSI英國1.前言低速衝擊12到12.6m/s眼鏡在現代的社會生活當中，已經從早期單純的高速衝擊45到45.6m/s矯正視力功能進步到扮演一種複雜而多元化的角D.SAA澳洲色，在過去，它僅是幫助我們對患者作一個「光學上中度衝擊39到42m/s的矯正」功能，純粹只是改善視力。隨著近年來材料科技工業的發展和設計者的創意，現在的眼鏡不再傳統化，而是在外觀上有各式各樣的造型。此外，眼鏡表二CALIBRE302-5材料性質[2]的主角─鏡片，也從早期的玻璃材料進步到塑膠材材料性質CALIBRE302-5料。因為材料科學的

4、進步，使得鏡片不僅輕巧，而且比傳統的玻璃鏡面更安全及耐撞擊，又可染成各種喜3密度(g/cm)1.2歡的顏色。因此，眼鏡不再只是傳統的用於解決視力降伏強度(MPa)62方面的問題，更可以因為材料的不同及外型結構的設計而發展出其它不同功能的眼鏡。現下一般常用的眼抗拉強度(MPa)67鏡大概有下列幾個種類：光學眼鏡、太陽眼鏡、蛙鏡、伸長率(％)150％工業眼鏡（俗稱安全眼鏡或護目鏡）…等，有多項國際安全規範(台灣CNS/美國ANSI/歐洲EZ/日彎曲強度(MPa)94本JIS)，產品必須要通過多項測試，各國的高速衝楊氏係數(MPa)2200擊測試安規標準如表一所示[1]。浦松比

5、0.32在各行各業中或從事特定行為活動時，經常需要使用到適當的眼鏡，例如：運動員需要太陽眼鏡於運動場上、消防員需要防爆防霧眼鏡於救難中，因此，2.問題描述與有限元素分析對於眼鏡材質的選用及整體結構應力的分佈瞭解是相當重要的。本研究選用合作廠商山水眼鏡廠公司提供LG-DOWCALIBRE302-5塑膠材料，其材料之機2.1問題描述械性質如表二所示[2]，利用有限元素軟體ANSYS模本研究利用電腦輔助製造軟體CATIA繪製塑膠擬當眼鏡配戴時，不慎遭到外力撞擊情形的應力分太陽眼鏡本體，圖一所示為眼鏡立體圖。將繪圖檔轉CSME-2446中國機械工程學會第二十四屆全國學術研討會論文

6、集中原大學桃園、中壢中華民國九十六年十一月二十三日、二十四日論文編號：C01-0030換成分析檔於有限元素軟體ANSYS中做分析，材質energytheory，即vonMisesstresstheory），理論顯示為CALIBRE302-5塑膠材料，楊氏係數為2200MPa，浦松比為0.32，降服強度為62MPa。模擬靜態外力施當主應力σ1、σ2、σ3與降服應力σY滿足下列公式加於眼鏡鼻墊上方、鏡片中央和鏡片兩端外緣上下兩時，材料開始產生破壞。點四個位置，在y方向（垂直鏡片方向）各給予施加外力。邊界條件為眼鏡鼻墊處在x、y與z三個方向上()2()(2)22自由度作拘束。當

7、施加外力產生之vonMises應力達σ1−σ2+σ2−σ3+σ3−σ1=2σY(1)到降服強度，眼鏡開始產生塑性變形，可得知塑膠眼鏡所能承受之最大外力值，搭配高速衝擊測試安規標3.分析結果準，檢視眼鏡是否達到公司之最低要求。CALIBRE302-5塑膠材料降伏強度為62MPa，本2.2有限元素分析研究利用給於不同的外力大小於不同位置，求取當塑本研究採用有限元素分析軟體ANSYS中Solid45膠太陽眼鏡之vonMises應力達到降伏強度時，產生元素，由8節點所組成的6面體線性元素，每個節點塑性變形的外力。具有UX、UY、UZ三