臺灣博碩士論文加值系統

楔形體導波(wedge wave, WW)是沿著楔形體尖端傳播的一種彈性波。其能量集中在離楔形體頂端大約一個波長的範圍內。根據研究，楔形體在頂端無截平(truncation)的情況下，並不具有隨頻率改變相速度也隨之改變的頻散關係(dispersion)。對於楔形體的研究，無論是在幾何外形、鍍膜狀況和邊界條件負載之影響，在過去已有相關的研究。當楔形體頂端發生缺陷時，對於楔形體導波波傳行為之影響至今仍未有任何研究，因此本文將針對此部分進行探討。
本研究利用雷射超音波量測技術與有限元素分析來探討楔形體頂端具有缺陷時的波傳行為。研究中使用頂角角度60°與40°之黃銅楔形體，探討不同的缺陷深度對於楔形體導波的影響，根據反射係數與穿透係數來判斷缺陷狀況。而分析中進一步分析缺陷寬度與缺陷形狀對於楔形體導波波傳行為之影響。研究發現隨著缺陷越深，反射係數越大而穿透係數越小，且楔形體導波具有與平板蘭姆波相似的模態轉換(mode conversion, MC)現象。

Wedge wave is a kind of elastic wave propagat along the tip of wedges. Its energy is concentrated on the range of about one wavelength of tip.
A combined experimental / numerical investigation employing a laser ultrasound technique and finite element analysis is used to characterize the propagation behaviors of ASF modes propagating along wedge tips with defects. More specifically, reflection coefficient and transmission coefficients are modeled and measured for several of defect depths on the wedge tip. Good agreement is obtained between the modeled and measured reflection and transmission coefficients. And this study discovers wedge wave has mode conversion phenomenon similar to Lamb wave.

中文摘要......i
英文摘要......ii
目錄......iii
表目錄......v
圖目錄......vi
第一章 緒論......1
1.1 前言......1
1.2 研究背景......4
1.3 文獻回顧......4
1.4 研究方法......6
第二章 實驗量測......8
2.1試片設計......8
2.1.1 楔形體材料......9
2.1.2 楔形體頂角角度(θ)......9
2.1.3 缺陷深度(H)與寬度(W)......9
2.1.4 試片編號......10
2.1.5 試片準備......10
2.2雷射超音波技術......11
2.2.1 雷射超音波激發系統......11
2.2.2 雷射超音波接收系統......12
2.3實驗架設......13
2.3.1 雷射激發系統......16
2.2.2 雷射接收系統......16
第三章 有限元素分析......18
3.1有限元素分析......18
3.2分析方法......19
3.2.1 模型建立......19
3.2.2 賦予材料性質......22
3.2.3 選擇分析方法......22
3.2.4 外加負載與邊界條件之設定......28
3.2.5 網格劃分......29
3.3分析之可信度......32
第四章 研究結果與討論......36
4.1實驗結果......36
4.1.1 60°楔形體......37
4.1.2 40°楔形體......42
4.1.3 實驗結果之快速傅立葉轉換......49
4.2有限元素分析結果......54
4.2.1 60°楔形體......54
4.2.2 40°楔形體......61
4.2.2.1 缺陷深度0.33λA2以下之分析......61
4.2.2.2 缺陷深度0.67λA2以上之分析......70
4.2.2.3 改變缺陷寬度之分析......76
4.2.2.4 半圓形缺陷之分析.......88
4.3實驗與有限元素分析之比較......95
4.3.1 60°楔形體......95
4.3.2 40°楔形體......97
第五章 結論......99
參考文獻......101

[1] P. E. Lagasse, I. M. Mason and E. A. Ash, “Microwave Theory and Technique,” IEEE Trans. MIT 21 225, 1973.
[2] J. McKenna. And G. D. Boyd, “Plate theory solution for guided flexural acoustic waves along the tip of a wedge,” IEEE Transactions on Sonics ans Ultrasonics, Vol. Su-21, No.3 178-186, 1974.
[3] V. V. Krylov, “Conditions for validity of the geometrical-acoustics approximation in application to wave in an acute-angle solid wedge,” Sov. Phys. Acoust. 35(2), 176-180, 1989.
[4] J. R. Chamuel, “Edge waves along immersed elastic elliptical wedge with range dependent apex angle,” IEEE Ultrasonics Symposium 313-318, 1993.
[5] J. R. Chamuel, “Flexural edge waves along free and immersed elastic wave guides,” Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, Vol. 16, 129-136 (Plenum Press, New York 1997).
[6] 毛俊景，楔形體導波在刀具磨耗檢測之應用，碩士論文，長庚大學機械工程研究所，桃園，2004。
[7] 曾俊仁，雙線性頂角之楔形體的彈性波傳行為研究，碩士論文，長庚大學機械工程研究所，桃園，2004。
[8] 湯盛瑋，表面鍍膜對楔形體表面波傳行為的影響，碩士論文，長庚大學機械工程研究所，桃園，2005。
[9] 王文志，壓電楔形體在流體負載下之波傳行為量測，碩士論文，長庚大學機械工程研究所，桃園，2006。
[10] 許家豪，利用楔形體導波於刀具磨耗之研究，碩士論文，長庚大學機械工程研究所，桃園，2006。
[11] L. J. Crane, M. D. Gilchrist, and J. J. H. Miller, “Analysis of Rayleigh-Lamb wave scattering by a crack in a elastic plate,” Computational Mechanics 19, 533-537, 1997.
[12] Xiaoliang George Zhao, and Joseph L. Rose, “Boundary element modeling for defect characterization potential in a wave guide,” International Journal of Solids and Structures 40, 2645-2658, 2003.
[13] V. V. Krylov, and I. V. Raguzina, “Scattering of acoustic wedge modes,” Sov. Phys. Acoust. 34(5), 1988.
[14] Bruno Morvan, “Lamb wave reflection at the free edge of plate,” J. Acoust. Soc. Am., Vol. 113, No. 3, 1417-1425, 2003.
[15] Kawashima, K., 1998, “Finite element simulation of propagation of leaky surface waves excited by a line-focused transducer,” Review of progress in Quantitative Nondistructive Evaluation Vol. 17, pp. 955-1002.