臺灣博碩士論文加值系統

中 文 摘 要
本文主要目的是對含非線性軸承之複合材料旋轉軸於臨界轉速附近的振動特性進行研究。分析中複合材料軸系統視為含剛性轉盤的撓性軸，並受非線性軸承所支撐，其中，非線性軸承是以含非線性勁度之彈簧與線性阻尼之阻尼器來模擬。本文利用先前完成之複合材料旋轉軸系統的有限元素運動方程式，納入非線性勁度之軸承的效應，配合模態分析(modal method)及多尺度擾動法(perturbation method of multiple scales)進行分析。經由上述方法對非線性方程式進行解耦(uncoupled)，進而求出含非線性軸承之複合材料旋轉軸的振幅與轉速關係。文中並探討當軸長與直徑比 、疊層角度及轉盤質量與軸承的非線性勁度值及線性阻尼值等改變時之振幅與轉速關係。

章 節 目 錄
誌謝 ………………………………………………………………… I
中文摘要 …………………………………………………………… II
英文摘要 …………………………………………………………… III
章節目錄 ………………………………………………………..….. IV
圖目錄 ……………………………………………………………… VII
表目錄 ………………………..…………………………………….. IX
符號索引 …………………………………………………………… X
第一章 緒論 ………………………………………………..……….. 1
1.1 前言 ………………………………………………………... 1
1.2 文獻回顧 …………………………………………………... 1
1.3 研究目的與內容 …………………………………………... 3
第二章 複合材料旋轉軸系統之理論基礎 ………………….....…... 4
2.1 複合材料旋轉軸系統的位移場 ………..…..……………... 4
2.2 軸承 ………………………………………………………... 6
2.3 有限元素模式之運動方程式 ….………………………….. 7
第三章 含非線性軸承之複合材料旋轉軸系統分析 …...…..…….. 10
3.1 模態分析及多尺度擾動法 ……………………….…….… 10
第四章 實例分析與討論 …………..……………………….….…... 54
4.1 等向性材料旋轉軸系統 …………….……………………. 54
4.1.1 含線性勁度軸承之等向性材料旋轉軸
系統的振幅與轉速分析 ….…………………..…… 54
4.1.2 含非線性勁度軸承之等向性材料旋轉軸
系統的振幅與轉速分析 …………………….....….. 56
4.2 含非線性軸承勁度之複合材料旋轉軸系統 …...………... 57
4.2.1 不同軸長與直徑比 之複合材料旋轉軸
系統的振幅與轉速分析 ....…….………………….. 58
4.2.2 不同疊層角度之複合材料旋轉軸系統振幅與
轉速關係之分析 ..………...……………………….. 60
4.2.3 不同轉盤質量對複合材料旋轉軸系統之振幅
與轉速關係之分析 ….…………………………….. 61
4.2.4 軸承之非線性勁度對複合材料旋轉軸系統
振幅與轉速關係之分析 …...……..……………….. 62
4.2.5 軸承阻尼值對複合材料旋轉軸系統振幅
與轉速關係之分析 ...………..…………………….. 63
第五章 結論與未來展望 ……………………………………..….… 65
5.1 結論 ………………………………………………….…..... 65
5.2 未來展望 ……………………………………………..….... 66
參考文獻 ……………………………………………….……….……. 67
圖 目 錄
圖2.1 複合材料旋轉軸系統示意圖 ………………………………... 4
圖2.2 軸的彈性變形位移場示意圖 ……………………....……...… 5
圖2.3 主元素與自然元素示意圖 ……………...…...………..... 8
圖4.1 含線性勁度軸承之等向性材料旋轉軸
系統的振幅與轉速關係圖 ………..………………….…….. 56
圖4.2 含非線性勁度軸承之等向性材料旋轉軸
系統的振幅與轉速關係圖 ………………………………..... 57
圖4.3 於不同軸長與直徑比 含非線性勁度軸承
之複合材料旋轉軸系統的振幅與轉速關係圖 ………..…... 59
圖4.4 於不同疊層角度含非線性勁度軸承之複合材料
旋轉軸系統的振幅與轉速關係圖 ………..…………..….… 60
圖4.5 於不同轉盤質量疊層角為 時含非線性勁度軸承
之複合材料旋轉軸系統的振幅與轉速關係圖 ……………. 62
圖4.6 於不同軸承非線性勁度疊層角為 時含非線性
勁度軸承之複合材料旋轉軸系統的振幅與轉速
關係圖 …………………..……..……………………………. 63
圖4.7 於不同軸承阻尼值疊層角為 時含非線性勁度
軸承之複合材料旋轉軸系統的振幅與轉速關係圖 …….… 64
表 目 錄
表4.1 等向性材料旋轉軸與線性軸承之性質 ...…….…………….. 55
表4.2 Boron/Epoxy複材與複合材料軸系統之性質 ……………… 58

[1] A. Muszynska, “ Whirl and Whip-Rotor/Bearing Stability Problems,” Journal of Sound and Vibration, Vol. 110,
pp. 443-462 (1986).
[2] A. Muszynska and D. E. Bently, “ Anti-Swirl Arrangements Prevent Rotor/Seal Instability,” Journal of Vibration, Acoustics, Stress,and Reliability in Design, Vol. 111, pp. 156-162 (1989).
[3] L. Cveticanin, “ Resonant Vibrations of Nonlinear Rotors,” Mechanism and Machine Theory, Vol. 30, pp. 581-588 (1995).
[4] T. Yamamoto, Y. Ishida, and K. Aizawa, “ On the Subharmonic Oscillations at Unsymmetrical Shafts,” Bulletin JSME, Vol. 22, pp. 164-173 (1979).
[5] T. Yamamoto, Y. Ishida, T. Ikedam and M. Yamada, “ Subharmonic and Summed-and-Differential Harmonic Oscillations of an Unsymmetrical Rotor,” Bulletin JSME,
Vol. 24, pp. 192-199 (1981).
[6] Y. Ishida, and T. Ikeda and T. Yamamoto, “ Nonlinear Forced Oscillations Caused by Quartic Nonlinearity in Rotating Shaft,” Journal of Vibration and Acoustics, ASME,Vol. 112, pp. 288-297 (1990).
[7] Z. Ji and J. W. Zu, “ Method of Multiple Scales for Vibration Analysis of Rotor-Shaft Systems with Non-Linear Bearing Pedestal Model,” Journal of Sound and Vibration, Vol. 218(2),
pp. 293-305 (1998).
[8] V. P. Iu, Y. K. Cheung, and S. L. Lau “ Nonlinear Vibration Analysis of Multilayer Beams by Incremental Finite Elements, Part I: Theory and Numerical Formulation,” Journal of Vibration and Acoustics, Vol. 100, pp. 359-372 (1985).
[9] R. K. Kapania and S. Raciti, “ Nonlinear Vibrations of Unsymmetrically Laminated Beams,” AIAA Journal, Vol. 27,
pp. 201-210 (1989).
[10] M. Ganapathi, B. P. Patel, J. Saravanan and M. Touratier “ Application of Spline Element for Large Amplitude Free Vibrations of Laminated Orthotropic Sraight/Curved Beams,” Composites Part B, Vol. 29B, pp. 1-8 (1998).
[11] 陳鄭貴,“ 複合材料旋轉軸之動態響應與其振動控制之探討,” 碩士論文,中興大學機械研究所 (1998).
[12] 詹政川,“ 承受持續外激力旋轉軸振動之主動控制,” 碩士論文,中興大學機械研究所 (1996).
[13] 吳木源,“ 不定轉速圓盤承受靜止邊緣負荷之穩定性分析,” 碩士論文,台灣科技大學機械研究所 (2000).
[14] Gere and Timoshenko, Mechanics of Material, PWS-KENT,
Boston, Massachusetts (1990).
[15] C. W. Bert and C. D. Kim, “ Whirling of Composite-Material Driveshafts Including Bending-Twisting Coupling and Transverse Shear Deformation,” Journal of Vibration and Acoustics, Vol. 117, pp. 17-21 (1995).
[16] Ali Hasan Nayfeh and Dean T. Mook, Nonlinear oscillations, New York, Wiley (1979).