臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要探討手動鑽床振動模態特性，結合實驗模態分析與有限元素分析進行模型驗證及討論。首先使用衝擊錘作激振為輸入條件，加速度計量測之訊號為輸出條件進行實驗模態分析，經由實驗量測得到之頻率響應函數，再以曲線擬合軟體求得模態參數（自然頻率、阻尼比、模態振型）。由數值解理論之有限元素分析進行模態分析與簡諧分析，求得結構之模態參數（自然頻率、模態振型）與頻率響應函數。以實驗模態分析所得模態參數為基準，就兩種方法求得之模態參數來進行比較驗證，進而確認有限元素分析法所建構之理論模型正確性與合理性，所建立的實際結構等效分析模型，將可運用於往後鑚床設計之頻率預測分析。

This study aims to investigate the vibration modal characteristics of manual drilling machine, combined with experimental modal analysis and finite element analysis to carry out the model verification and discussion. The hammer impact serves as input condition, and signal measured by accelerometer serves as output condition from the machine structure in order to analyze experimental modal. The frequency response function is obtained by experimental measurement, and the modal parameters, such as natural frequencies, modal damping ratios and mode shapes, are obtained by using curve fitting software. Moreover, modal analysis and harmonic response analysis are conducted according to the numerical solution theory of finite element analysis to obtain the frequency response functions and structural modal parameters, including natural frequencies and mode shapes. Based on the modal parameters from experimental modal analysis, results obtained by two methods mentioned above are compared and verified in order to identify accuracy and reasonableness of theoretical model established by finite element analysis. The equivalent model established by analysis of the actual structure will be applied in frequency prediction analysis of drilling machine design.

第 一 章 緒論　　
1.1 研究背景及動機　　
1.2 文獻回顧　　　
1.2.1 工具機結構特性分析相關文獻
1.2.2 工具機模型驗證相關文獻　　
1.3 研究目的　　
1.4 全文概述
第 二 章 研究理論　　
2.1 工具機系統模式　　　
2.1.1 強制振動(forced vibration　　　
2.1.2 自激振動(self-excited vibration　　
2.2 頻譜量測理論　　　
2.2.1 時間域與頻率域之關係
2.2.2 傅利葉積分(Fourier Integrals)　　　
2.2.3 離散化傅利葉轉換(Discrete Fourier Transform, DFT
2.2.4 快速傅利葉轉換(Fast Fourier Transform, FFT
2.3 數學模型化(mathematical model)
2.4 模態分析(modal analysis)
2.5 簡諧響應分析(harmonic analysis
2.6 阻尼比之修正
2.6.1 加權函數(weight function　　　
2.6.2 雜訊、假像訊號、洩漏效應
2.7 公式轉換
第 三 章 有限元素分析與實驗模態分析
3.1 問題定義與分析目標
3.1.1 問題定義
3.1.2 分析目標
3.2 有限元素分析
3.2.1 模型建構
3.2.2 元素形式
3.2.3 模型元素分割
3.2.4 位移限制條件
3.2.5 外力負荷
3.2.6 有限元素ANSYS求解方法
3.3 實驗模態分析
3.3.1 實驗模態分析之動作原理
3.3.2 實驗儀器與架構
3.3.3 實驗模態分析之步驟
3.3.4 頻率響應函數信號分析
第 四 章 工件之模型驗證
4.1 模擬振動分析
4.2 實驗量測分析
4.3 模型驗證
第 五 章 等效材料性質
5.1 初始假設材料性質之驗證
5.2 灰鑄鐵與低碳鋼1020之驗證
5.3 蒲松氏比之修正
5.4 楊氏係數與密度之修正
第 六 章 結果與討論　　
6.1 手動鑽床之頻率響應函數驗證
6.1.1 實驗與實驗合成頻率響應函數圖-----------------------------------
6.1.2 實驗模態分析與有限元素分析之頻率響應函數驗證-----------
6.2 手動鑽床之模態參數驗證
6.2.1 模態振型之驗證
6.2.2 自然頻率之驗證
6.2.3 阻尼比之驗證
第 七 章 結論與建議
7.1 結論
7.2 未來研究方向與建議

1.宮紹華，1991，“工具機振動問題的解析”，機械月刊，17(4)，150-161。

2.Y. Altintas, E. Shamoto, P. Lee, and E. Budak, 1999,“Analytical Prediction of Stability Lobes in Ball End Milling,” Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol.121, pp. 586-592.

3.Mahdavinejad, Ramezanali., 2005,“Finite Element Analysis of Machine and Workpiece Instability in Turning,” International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 45, No. 7-8, pp. 753-760.

4.Filiz,H.,Akpolat, A. and Guzelbey, I. H.,1997,“Deformation and Pressure Distribution on Machine Tool Slideways,＂Tools Manufacture, Vol.37, No 3,pp. 309-318.

5.Huang, D. T. Y and Lee, J. J. , 2001,“On Obtaining Machine Tool Stiffness by CAE Techniques,”International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 41, No. 8, pp. 1149-1163.

6.施習中，1992，綜合加工機之模態測試與分析及其結構改善，碩士論文，大葉大學。

7.鄭旭志，2005，高效能臥式鑽孔工具機之分析與設計，碩士論文，大葉大學。

8.趙金生，2001，主軸系統靜剛性與自然頻率分析，碩士論文，大葉大學。

9.翁嘉駿，2004，工具機動件結構最佳化設計與分析，碩士論文，中原大學。

10.陳明雄，2000，工具機床台異性材料動態特性分析，碩士論文，台灣科技大學。

11.呂俊弦，2000，工具機結構設計與動態性能優化，碩士論文，中原大學。

12.楊清程，2000，CNC工具機結構分析與最佳化評估，碩士論文，中原大學。

13.蘇崑熙，2002，使用ANSYS之機械結構動態分析，碩士論文，中原大學。

14.徐啟彬，2007，高速主軸工具機結構設計最佳化研究，碩士論文，明志科技大學。

15.蔣若舜，2006，軸節式微型工具機結構最佳化之設計與微銑削動態特性之研究，碩士論文，中原大學。

16.林彥坊，2002，CNC工具機模態特性研究，碩士論文，臺灣大學。

17.馮健威，2007，工具機之模態測試與性能改善，碩士論文，長庚大學。

18.蔡建安，2007，工具機之動態特性研究，碩士論文，中興大學。

19.陳仲正，2005，端銑刀刀具強度與振動特性分析，碩士論文，屏東科技大學。

20.馮治中，1992，綜合加工機之結構模態分析研究，碩士論文，成功大學。

21.黃運琳、吳柏毅，2006，“立式CNC工具機之結構動態剛性分析”，中國機械工程學會第二十三屆全國學術研討會論文集，C3-040。

22.Smith, Tlusty,1999,“Finite elementsimulation of high-speed cutting forces,”ASME Journal of Engineering for Industry, Vol.94,pp. 179-186,May.

23.Steven C.Chapra, Raymond Canale, 2005,“Numerical Method for Engineers：With Software and Programming”，McGraw Hill.

24.王栢村，2001，電腦輔助工程分析之實務與應用，全華科技圖書股份有限公司。

25.張翔，2005，應用壓電片於有與無缺陷固定樑之模態分析，碩士論文，海洋科技大學。

26.Akio, N., 1992, “State of Art on Modal Analysis in Japan,” Proceedings of the 10th International Modal Analysis Conference, pp. 227-232

27.洪慶章，1999，ANSYS教學範例，知城數位科技有限公司。

28.Gibson,R,F,and Y.F. Wen, 1993, “Evaluation of boundary conditions for a composite plate vibration test,”In Proc.1993 Spring Conference on Experimental Mechanics,19-27. Dearborn, Michigan, America, Society for Experimental Mechanics.

29.Heylen, W., and T. Janter. ,1990, “Extensions of the modal assurance criterion,” Transactions of the ASME. 112: 468-472.

30.Trethewey, M. W., and J. A. Cafeo.,1992,“Signal processing aspects of structural impact testing,” The International Journal of Analytical and Experimental Modal Analysis. 7(2): 129-149.

31.王栢村，2001，振動學，全華科技圖書股份有限公司。

32.陳精一，2005，ANSYS振動學實務分析，高立圖書有限公司出版