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系統識別號 U0026-1107201512311700
論文名稱(中文) 飛安工程學建構芻議 ─ 工程哲學角度
論文名稱(英文) Preliminary Trial for the establishment of the Flight Safety Engineering ─ Engineering Philosophy Perspective
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 民航研究所
系所名稱(英) Institute of Civil Aviation
學年度 103
學期 2
出版年 104
研究生(中文) 許家輔
研究生(英文) Chia-Fu Hsu
學號 Q46021022
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 299頁
口試委員 指導教授-景鴻鑫
口試委員-楊憲東
口試委員-陳齡慧
中文關鍵字 工程哲學  飛航安全工程學  思維模式  情境  安全量化 
英文關鍵字 Flight Safety Engineering  methodology  Engineering Philosophy 
學科別分類
中文摘要 本研究以工程哲學的角度,來對建立飛安工程學之任務提供一個初步的方向與芻議。建立飛航安全工程學的目的,就是要讓飛航安全予以量化,使一架航行於空氣中的航空器,在其所處的每一個情境( situation )都有一個量化的安全性( safety )與其對應,藉此,期盼能提升航空器之安全性的即時監控能力。
現今的工程學問,都是由西方人所發明。今欲建立飛安工程學,得先研究西方人如何發明這些工程理論。因此,本研究先探討西方人的思維是如何運作的,之後再用這套思維運作型式,來統整所有西方工程學問背後共通普遍存在的理路,以便日後在建立飛安工程學時,就有一個思維依據可以參考。而建立出西方各工程學問的工具,就是本研究所研究出來的結果 ─ 工程哲學,因此,未來就可以以工程哲學的角度,來建構飛航安全工程學的理論,也就是要建構出一個控制方程式,來描述每一個情境下其量化的飛航安全性。
本研究的工程學科有結構力學、固體力學、水文學、土壤力學、熱傳學及電磁學,利用這幾門學科的理論推導過程,來統整建立工程學科背後的思維運作模式 ─ 工程哲學,並以此角度來建構飛航安全工程學。
英文摘要 This study was an attempt to point at the direction for a preliminary trial of the establishment of the Flight Safety Engineering theory from the point of view of Engineering Philosophy. The purpose of establishing the Flight Safety Engineering is to quantify Flight Safety and allow a quantified safety for every situation when an aircraft navigates in the air.
Most of the engineering theory as we know was invented by the Western scientists. To build the Flight Safety Engineering, one must study how the western scientists invented engineering theories. For this purpose, this study started by investigating how western thinking works and, with this in mind, bringing together the lines of thinking commonly existing behind the Western engineering knowledge. This provides a foundation of thinking on which the Flight Safety Engineering is built. The tool used to build the Western engineering knowledge was the results presented in this study – the Engineering Philosophy. This permits the construction of the Flight Safety Engineering theory from the point of view of the Engineering Philosophy, i.e., developing a governing equation that characterizes the quantified Flight Safety for any given situation.
The engineering topics involved in this study include Structural Mechanics, Solid Mechanics, Fluid Mechanics, Hydrology, Soil Mechanics, Heat Transfer and Electro-Magnetics. The processes that these theories came to be were integrated to achieve the Engineering Philosophy – the mode of thinking behind the development of engineering theories, and the Flight Safety Engineering can be built from this point of view.
論文目次 中 文 摘 要 I
SUMMARY II
英 文 摘 要 III
誌 謝 VIII
目 錄 X
表 目錄 XVI
圖 目錄 XVII
符 號 XXIV

第一章 緒論 1

第二章 西方哲學簡史 ─ 思維循環演變史 12
§ 2-1 思維 ─ 終極實在 12
§ 2-2 思維循環的腦科學基礎 19
§ 2-3 思維循環的形成 21
§ 2-4 思維循環的演變 25

第三章 工程哲學與範疇論 38

第四章 工程哲學的應用 ─ 結構力學 45
§ 4-1 受軸向載重的桿件 45
§ 4-1-1 受軸向載重的桿件 ─ 靜態 45
§ 4-1-1-1 巨觀世界的因果現象 45
§ 4-1-1-2 分析過程 47
§ 4-1-1-3 結論 51
§ 4-1-2 受軸向載重的桿件 ─ 動態 52
§ 4-2 受扭轉的桿件 54
§ 4-2-1 巨觀世界的因果現象 54
§ 4-2-2 分析過程 55
§ 4-2-3 結論 60
§ 4-3 受側向負載的樑 61
§ 4-3-1 巨觀世界的因果現象 62
§ 4-3-2 分析過程 62
§ 4-3-3 結論 70
§ 4-4 受側向負載的彈性薄板 72
§ 4-4-1 巨觀世界的因果現象 73
§ 4-4-2 分析過程 73
§ 4-4-3 結論 81
§ 4-5 薄膜殼 84
§ 4-5-1 旋轉薄膜殼理論 84
§ 4-5-1-1 非軸對稱載重 86
§ 4-5-1-1-1 巨觀世界中的因果現象 87
§ 4-5-1-1-2 分析過程 87
§ 4-5-1-1-3 結論 100
§ 4-5-1-2 對稱載重 102
§ 4-5-1-2-1 巨觀/微觀世界中的因果現象 103
§ 4-5-1-2-2 分析過程 104
§ 4-5-2 圓柱薄膜殼 110
§ 4-5-2-1 巨觀/微觀世界中的因果現象 111
§ 4-5-2-2 分析過程 113
§ 4-5-3 薄膜球殼 118
§ 4-5-3-1 巨觀/微觀世界中的因果現象 118
§ 4-5-3-2 分析過程 119
§ 4-5-4 圓柱薄膜殼的彎矩作用 124
§ 4-5-4-1 巨觀世界中的因果現象 125
§ 4-5-4-2 分析過程 125
§ 4-5-4-3 結論 139
§ 4-5-5 薄膜球殼的彎矩作用 142
§ 4-5-5-1 巨觀/微觀世界中的因果現象 142
§ 4-5-5-2 分析過程 144

第五章 工程哲學的應用 ─ 固體力學 155
§ 5-1 彈性力學 158
§ 5-1-1 巨觀世界中的因果現象 158
§ 5-1-2 分析過程 160
§ 5-1-3 結論 168
§ 5-2 熱彈性力學 169
§ 5-2-1 熱彈性固體力學 169
§ 5-2-1-1 巨觀世界中的因果現象 169
§ 5-2-1-2 分析過程 170
§ 5-2-1-3 結論 175
§ 5-2-2 軸向承載桿件的熱效應 176
§ 5-2-2-1 巨觀世界中的因果現象 176
§ 5-2-2-2 分析過程 178
§ 5-2-2-3 結論 181
§ 5-2-3 樑的熱效應 182
§ 5-2-3-1 巨觀世界中的因果現象 183
§ 5-2-3-2 分析過程 184
§ 5-2-3-3 結論 190

第六章 工程哲學的應用 ─ 流體力學 192
§ 6-1 黏性 192
§ 6-1-1 巨觀世界的因果現象 192
§ 6-1-2 分析過程 194
§ 6-1-3 結論 199
§ 6-2 納維爾 ─ 斯托克斯方程式 201
§ 6-2-1 巨觀世界中的因果現象 201
§ 6-2-2 分析過程 202
§ 6-2-3 結論 209

第七章 工程哲學的其他應用 210
§ 7-1 水文學 211
§ 7-1-1 達西定律 211
§ 7-1-1-1 巨觀世界中的因果現象 212
§ 7-1-1-2 分析過程 213
§ 7-1-1-3 結論 216
§ 7-1-2 飽和地下水層的流動現象 217
§ 7-1-2-1 巨觀世界中的因果現象 218
§ 7-1-2-2 分析過程 219
§ 7-1-2-3 結論 223
§ 7-1-3 未飽和地下水層的流動現象 225
§ 7-1-3-1 巨觀世界中的因果現象 226
§ 7-1-3-2 分析過程 227
§ 7-1-3-3 結論 232
§ 7-2 土壤力學 233
§ 7-2-1 主壓密沉陷 233
§ 7-2-1-1 巨觀世界中的因果現象 237
§ 7-2-1-2 分析過程 238
§ 7-2-1-3 結論 243
§ 7-2-2 Terzaghi's equation 244
§ 7-2-2-1 巨觀世界中的因果現象 245
§ 7-2-2-2 分析過程 246
§ 7-2-2-3 結論 251
§ 7-3 熱傳學 252
§ 7-3-1 傅立葉定律 252
§ 7-3-1-1 巨觀世界中的因果現象 253
§ 7-3-1-2 分析過程 254
§ 7-3-1-3 結論 257
§ 7-3-2 熱傳學的泊松方程式 258
§ 7-3-2-1 巨觀世界中的因果現象 259
§ 7-3-2-2 分析過程 262
§ 7-3-2-3 結論 263
§ 7-3-3 有時變率的熱傳方程式 265
§ 7-3-4熱彈性力學和熱傳學的關係 265
§ 7-4 電磁學 266
§ 7-4-1 靜電學 266
§ 7-4-1-1 巨觀世界中的因果現象 267
§ 7-4-1-2 分析過程 268
§ 7-4-1-3 結論 272
§ 7-4-2 靜磁學 273
§ 7-4-2-1 巨觀世界中的因果現象 274
§ 7-4-2-2 分析過程 275
§ 7-4-2-3 結論 280

第八章 飛安工程學建構芻議 282

第九章 結論與展望 286

參考文獻 294

自述 299



表9-1 各工程領域中之因果關係比較 290

表9-2 描述「流」現象的因果關係比較 291

表9-3 各工程現象的工程哲學結構比較 292



圖1-1 西方哲學的線型思維循環結構 3
圖2-1-1 線型思維循環「對象 ─ 拆解 ─ 單元 ─ 排列」與本體論及認識論關係 14
圖2-2-1 人類思維的基本循環型式:變 ─ 離 ─ 常 ─ 合 20
圖2-3-1 西方線型思維循環的本質 24
圖3-1 西方哲學的線型思維循環結構 38
圖3-2 空間傳輸現象示意圖 39
圖3-3 工程哲學思維循環的本質 ─ 「單循環」43
圖3-4 工程哲學結構 ─ 「單循環」43
圖3-5 工程哲學結構 ─ 「雙循環」44
圖4-1-1 稜柱桿件受外力P的圖示 46
圖4-1-2 工程哲學循環的本質 ─ 「單循環」47
圖4-1-3 軸向承載桿件的工程哲學結構 ─ 「單循環」52
圖4-1-4 動態之軸向承載桿件的工程哲學結構 ─ 「單循環」53
圖4-2-1 圓形桿件受扭轉的示意圖 54
圖4-2-2 工程哲學循環的本質 ─ 「單循環」55
圖4-2-3 剪應力在圓形桿件斷面上的大小分布 56
圖4-2-4 純扭曲中之圓形桿件的幾何變化 58
圖4-2-5 扭轉效應的工程哲學結構 ─ 「單循環」60
圖4-3-1 工程哲學循環的本質 ─ 「雙循環」61
圖4-3-2 彈性樑的撓曲現象示意圖 62
圖4-3-3 受側向負載的彈性樑之上半部工程哲學結構 ─ 「單循環」62
圖4-3-4 彈性樑受到外加載重q所產生的變形現象 63
圖4-3-5 受側向負載的彈性樑之下半部工程哲學結構 ─ 「單循環」65
圖4-3-6 彎曲公式所描述的物理現象 66
圖4-3-7 彈性樑斷面因果關係之工程哲學結構 ─ 「單循環」68
圖4-3-8 受側向負載之彈性樑的上半部工程哲學結構 ─ 「單循環」70
圖4-3-9 彈性樑撓曲現象的工程哲學結構 ─ 「雙循環」71
圖4-4-1 工程哲學循環的本質 ─ 「雙循環」73
圖4-4-2 受側向負載的彈性薄板之上半部工程哲學結構 ─ 「單循環」74
圖4-4-3 薄板受到外加載重P(x,y)後的內力分布情況 75
圖4-4-4 受側向負載的彈性薄板之下半部工程哲學結構 ─ 「單循環」76
圖4-4-5 薄板斷面的撓曲之工程哲學結構 ─ 「單循環」79
圖4-4-6 薄板撓曲現象的上半部思維循環 ─ 「單循環」81
圖4-4-7 薄板撓曲現象的工程哲學結構 ─ 「雙循環」82
圖4-4-8 彈性樑的撓曲及薄板的撓曲之工程哲學結構 ─ 「雙循環」82
圖4-5-1-1 旋轉薄膜殼的基本幾何關係(以球體為例) 85
圖4-5-1-2 薄膜殼半徑的幾何關係 85
圖4-5-1-3 工程哲學循環的本質 ─ 「雙循環」87
圖4-5-1-4 非對稱載重下之旋轉薄膜殼的上半部工程哲學結構 ─ 「單循環」87
圖4-5-1-5 旋轉薄膜殼表面上的單元 ─ 外加載重P和薄膜內力N 88
圖4-5-1-6 非對稱載重下之旋轉薄膜殼的下半部工程哲學結構 ─ 「單循環」90
圖4-5-1-7 旋轉薄膜殼表面上的變形量u和v 91
圖4-5-1-8 旋轉薄膜殼的變形幾何條件 93
圖4-5-1-9 旋轉薄膜殼的變形幾何條件 93
圖4-5-1-10 旋轉薄膜殼的變形幾何條件 93
圖4-5-1-11 旋轉薄膜殼的變形幾何條件 93
圖4-5-1-12 旋轉薄膜殼面內的工程哲學結構 ─ 「單循環」99
圖4-5-1-13 旋轉薄膜殼在非對稱載重下的上半部工程哲學結構 ─ 「單循環」99
圖4-5-1-14 旋轉薄膜殼在非對稱載重下的工程哲學結構 ─ 「雙循環」101
圖4-5-1-15 旋轉薄膜殼在軸對稱載重下的工程哲學結構 ─ 「雙循環」103
圖4-5-2-1 圓柱薄膜殼示意圖 111
圖4-5-2-2 圓柱薄膜殼的工程哲學結構 ─ 「雙循環」112
圖4-5-3-1 薄膜球殼的工程哲學思維循環結構 ─ 「雙循環」119
圖4-5-4-1 工程哲學循環的本質 ─ 「單循環」125
圖4-5-4-2 圓柱薄膜殼在撓曲現象中的力量分析 126
圖4-5-4-3 受橫向負載的圓柱薄膜殼之工程哲學結構 128
圖4-5-4-4 圓柱薄膜殼之斷面因果關係的工程哲學結構 ─ 「單循環」128
圖4-5-4-5 圓柱薄膜殼斷面上的彎矩MX和應力σX示意圖 129
圖4-5-4-6 圓柱薄膜殼撓曲現象的彎矩作用 130
圖4-5-4-7 圓柱薄膜殼斷面的工程哲學結構 ─ 「單循環」132
圖4-5-4-8 面內因果關係之工程哲學結構 ─ 「單循環」 132
圖4-5-4-9 圓柱薄膜殼在撓曲現象中x方向和θ方向的變形圖示 133
圖4-5-4-10 圓柱薄膜殼橫剖面在撓曲現象中的徑向方向之變形示意圖 134
圖4-5-4-11 面內因果關係的工程哲學結構 ─ 「單循環」137
圖4-5-4-12 面內世界回到巨觀世界的工程哲學結構 ─ 「單循環」139
圖4-5-4-13 斷面世界回到巨觀世界的工程哲學結構 ─ 「單循環」139
圖4-5-4-14 圓柱薄膜殼撓曲現象的工程哲學結構 ─ 「複循環」141
圖4-5-5-1 薄膜球殼撓曲現象的工程哲學結構 ─ 「複循環」144
圖4-5-5-2 薄膜球殼表面上的單元自由體力量分析 145
圖4-5-5-3 薄膜球殼在對稱載重下的變形幾何關係 148
圖4-5-5-4 轉角α和變形量及曲率的幾何關係(1) 151
圖4-5-5-5 轉角α和變形量及曲率的幾何關係(2) 151
圖4-5-5-6 轉角α和變形量及曲率的幾何關係(3) 151
圖4-5-5-7 轉角α和變形量及曲率的幾何關係(4) 152
圖5-1-1 任意封閉曲面在應力場中的情況 156
圖5-1-2 彈性力學中曲面體的體力分配成每一點的受力與樑和板的比較示意圖 159
圖5-1-3 工程哲學循環的本質 ─ 「單循環」160
圖5-1-4 曲面體中的單元自由體的力量分析示意圖 161
圖5-1-5 彈性力學Navier's equations的工程哲學結構 ─ 「單循環」168
圖5-1-6 Beltrami- Mitchell equations和Navier's equations的思維關係 169
圖5-2-1 工程哲學循環的本質 ─ 「單循環」170
圖5-2-2 熱彈性力學的工程哲學結構 ─ 「複循環」176
圖5-2-2-1 一靜不定的桿件受到溫度變化示意圖 177
圖5-2-2-2 工程哲學循環的本質 ─ 「單循環」178
圖5-2-2-3 桿件之溫度變化的工程哲學結構 ─ 「複循環」181
圖5-2-3-1 彈性樑的熱膨脹效應 183
圖5-2-3-2 工程哲學循環的本質 ─ 「雙循環」183
圖5-2-3-3 外加載重q和彎矩M的關係示意圖 184
圖5-2-3-4 斷面因果關係的工程哲學循環 ─ 「單循環」185
圖5-2-3-5 斷面因果關係的工程哲學結構 ─ 「複循環」189
圖5-2-3-6 斷面世界到巨觀世界的工程哲學結構 ─ 「複循環」190
圖5-2-3-7 彈性樑溫度效應下的工程哲學結構 ─ 「複循環」191
圖6-1-1 流體元素的變形 193
圖6-1-2 工程哲學循環的本質 ─ 「單循環」194
圖6-1-3 剪應力和應變率的關係示意圖 198
圖6-1-4 流體黏性方程式的工程哲學結構 ─ 「單循環」200
圖6-2-1 工程哲學循環的本質 ─ 「單循環」202
圖6-2-2 單位流體x方向的應力示意圖 203
圖6-2-3 法線作用力的拆解 205
圖6-2-4 流體運動行為的工程哲學結構 ─ 「單循環」209
圖7-1-1-1 達西定律示意圖 211
圖7-1-1-2 工程哲學循環的本質 ─ 「單循環」212
圖7-1-1-3 水在空間中傳輸現象的工程哲學結構 ─ 「單循環」216
圖7-1-2-1 飽和水層中的單位流體示意圖 217
圖7-1-2-2 工程哲學循環的本質 ─ 「單循環」218
圖7-1-2-3 飽和水層地下水流現象的工程哲學結構 ─ 「複循環」224
圖7-1-3-1 土壤顆粒結構 225
圖7-1-3-2 未飽和土壤系統中水份流動作用力檢視 225
圖7-1-3-3 工程哲學循環的本質 ─ 「單循環」226
圖7-1-3-4 未飽和水層中地下水流動的工程哲學結構 ─ 「複循環」232
圖7-2-1-1 土壤系統受到載重時的分配效果 235
圖7-2-1-2 主壓密過程中水和土壤顆粒彼此之間的受力關係 237
圖7-2-1-3 工程哲學循環的本質 ─ 「單循環」238
圖7-2-1-4 土壤系統的應變說明示意圖 239
圖7-2-1-5 孔隙比和有效應力的實驗結果 241
圖7-2-1-6 土壤系統主壓密沉陷的工程哲學結構 ─ 「單循環」244
圖7-2-2-1 工程哲學循環的本質 ─ 「單循環」245
圖7-2-2-2 單位土體的水流動 246
圖7-2-2-3 Terzaghi's equation的工程哲學結構 ─ 「複循環」252
圖7-3-1-1 西方線型思維循環的本質 ─ 「單循環」253
圖7-3-1-2 熱能在空間中(某一長板)之傳遞行為示意圖 253
圖7-3-1-3 熱能傳遞的工程哲學結構 ─ 「單循環」257
圖7-3-2-1 空間中一單元之熱能傳遞示意圖 258
圖7-3-2-2 西方線型思維循環的本質 ─ 「單循環」259
圖7-3-2-3 熱傳學的柏松方程式的工程哲學結構 ─ 「單循環」 263
圖7-3-2-4 Fourier-Biot equation的工程哲學結構 ─ 「複循環」265
圖7-3-2-5 固體的熱彈性力學的工程哲學結構 ─ 「複循環」265
圖7-3-2-6 熱彈性固體力學和熱傳學所共有的工程哲學結構 ─「複循環」266
圖7-4-1-1 西方線型思維循環的本質 ─ 「單循環」267
圖7-4-1-2 通過包圍點電荷Q之封閉面s的電通量 269
圖7-4-1-3 靜電學的工程哲學結構 ─ 「單循環」273
圖7-4-2-1 體電流密度Jv在P點所產生的磁通密度B 274
圖7-4-2-2 西方線型思維循環的本質 ─ 「單循環」274
圖7-4-2-3 通過一個開口面的磁通量線 277
圖7-4-2-4 將相同的開口面劃分成n個小單元 278
圖7-4-2-5 靜磁學的工程哲學結構 ─ 「單循環」281
圖8-1 工程哲學循環的本質 ─ 「單循環」283
圖8-2 飛航工程學的工程哲學結構 ─ 「單循環」285
圖9-1 西方線型思維循環的本質 286
圖9-2 工程哲學的本質 287
圖9-3 力學的工程哲學結構 289
圖9-4 「流」的工程哲學結構 289
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