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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:劉詩麒
研究生(外文):Shih Chi ,Liu
論文名稱:利用應力波有限元素法探討格架結構音之傳播
論文名稱(外文):Approach to Structure-Borne Sound Propagation in Grillage by Stress Wave Finite Element Method
指導教授:王偉輝王偉輝引用關係
指導教授(外文):W. H. Wang
學位類別:碩士
校院名稱:國立海洋大學
系所名稱:系統工程暨造船學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:153
中文關鍵詞:有限元素法應力波結構音格架
外文關鍵詞:Finite Element MethodStress WaveStructure-Borne SoundGrillage
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為解決有限元素法在處理一般結構高頻振動問題時所遇到的元素網格化大小的問題,本文發展另一種新元素,將各種應力波在有限尺寸樑中的振動模式,一一導出,並整理成矩陣型式。新元素的優點在於,不論結構其網格化的元素多大,基本上都可以保留理論解的形式,且頻域不受限。再配合以有限元素法的架構,發展出一套可以用於計算任何樑截面組成之格架模型的程式。
文中共建立1m長樑模型、1m x 1m 直交L型格架桿件模型、以及用各種不同剖面形狀之長樑模擬具有縱向加強材(stringer)之機艙甲板模型,並使用ANSYS有限元素法套裝軟體加以驗證,證明其正確性。
為期使本論文程式能具備更佳的實用性,利用樑元素模擬一鋼骨(SC)構造之十層樓模型,分別施以不同方向之作用力,分析其各節點與傳遞動性之關係。更利用支撐柱之結構,模擬其對於減振程度的影響。
由ANSYS套裝軟體的驗證證明,本研究所發展的應力波有限元素法分析程式適用,對於分析格架結構噪音的傳遞相當準確且方便有效。且對於大型結構物或作高頻振動分析時,網格化之元素將可大幅減少,可解決電腦運算時常遇到的記憶容量不足與計算時間緩慢等問題。

To solve the finite element method in the high frequency vibration of general structure that faces sizes of element of grid problems, our research has developed another new element that derives stress wave individually from a confined beam of vibration mode and compiles a matrix type. Without any limitation on sizes of grid, the advantage of new element can remain theoretical mode basically and does not restrict the range of frequency. Furthermore, under the structure of finite element method, it has developed a grillage mode of program to calculate any beam cross section.
From our research, it has been constructed a 1m beam model, 1m by 1m orthogonal L Type of grillage truss model, and different cross section of long beam model with a stringer of cabin deck, and it also has used the ANSYS finite element of package software to verify its correctness.
To make the program that has capable of excellent practicability and use the beam element simulation on the ten-floor steel concrete-building model, it has applied different loads to analyze each node and transmission mobility relationship, and it also has used supporting structure to stimulate its dashpot effect.
From the ANSYS package verification, our research in the development of stress wave of finite element method is applicable and in the analysis of grillage structure-borne sound propagation that has quite accuracy, convenient, and effective. In addition, when it has faced a large size structure or high vibration analysis, it can reduce grid sizes of element and solve computer computation that often occurs lack of RAM capacity and tardy problem.

第一章 緒論…………………………………………………………… 1
1.1 研究緣起…………………………………………………………… 1
1.1.1 問題出現……………………………………………………… 1
1.1.2 處理的可能方法……………………………………………… 3
1.2 格架防振與防音…………………………………………………… 4
1.3 結構噪音的傳遞…………………………………………………… 7
1.3.1 壓縮波……………………………………………………………7
1.3.2 剪力波……………………………………………………………7
1.3.3 扭轉波……………………………………………………………7
1.3.2 彎曲波……………………………………………………………8
1.4 文獻回顧…………………………………………………………… 8
1.5 研究方法…………………………………………………………… 9
1.5.1 理論基礎…………………………………………………………9
1.5.2 程式寫作…………………………………………………………9
1.5.3 理論驗證…………………………………………………………9
1.5.4 程式應用…………………………………………………………9
1.6 論文內容及架構…………………………………………………… 9
第二章 樑元素應力波傳播之分析模式……………………………… 11
2.1 應力波在結構體內的傳遞…………………………………………11
2.2 彈性一維彎曲波在有限樑中之運動模式…………………………13
2.3 縱向應力波在有限長樑元素之傳遞………………………………17
2.4 扭轉應力波在有限長樑元素之傳遞………………………………18
第三章 應力波分析程式撰寫流程…………………………………… 20
3.1 Matlab簡介…………………………………………………………20
3.2 程式編撰步驟………………………………………………………20
3.2.1 有限樑元素阻抗矩陣之結合…………………………………… 20
3.2.2 元素座標之變換………………………………………………… 24
3.2.3 整體結構阻抗矩陣之結合……………………………………… 26
3.2.4 邊界條件之給定與處理………………………………………… 28
3.3 程式流程圖……………………………………………………… 29
第四章 程式驗證及分析實例……………………………………… 31
4.1 Ansys 分析之基本架構………………………………………… 31
4.1.1 元素、截面及材料定義……………………………………… 31
4.1.2 繪出幾何圖型………………………………………………… 31
4.1.3 分格…………………………………………………………… 31
4.1.4 負載及夾持…………………………………………………… 32
4.1.5 分析…………………………………………………………… 32
4.1.6 結果…………………………………………………………… 32
4.2 分析實例Ⅰ — 平面樑………………………………………… 32
4.2.1 矩形樑………………………………………………………… 34
4.2.2 實心圓柱……………………………………………………… 38
4.2.3 空心圓管……………………………………………………… 38
4.2.4 T形樑……………………………………………………………38
4.3 分析實例Ⅱ — 直交L 型格架桿件…………………………… 42
4.4 分析實例Ⅲ — 平面格架……………………………………… 50
第五章 結構音傳播之探討…………………………………………… 58
5.1 SC 構造模型之建立……………………………………………… 58
5.2 節點的對稱性…………………………………………………… 60
5.3 橫向結構音之傳播……………………………………………… 73
5.4 垂向結構音之傳播……………………………………………… 95
5.5 結構設計減振方法分析………………………………………… 119
5.6 模擬實測狀況分析……………………………………………… 140
第六章 結論與建議………………………………………………… 149

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