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 複合材料板之振動及聲射分析 研究生:卓永剛 指導教授:金大仁 博士 國立交通大學機械工程研究所 中文摘要 本文目的在討論複材積層板之振動特性以及發展利用有限單元分析軟體ANSYS所得到之振幅、相位角與聲壓方程式結合來繪聲壓曲線的方法，並討論在不同的邊界條件、激振器位置下聲壓曲線的變化，並找出聲壓曲線突然下降之原因。 在理論部分，本篇論文使用有限單元分析軟體ANSYS建立複材板進行模態分析與簡諧激振響應分析，將簡諧激振響應分析所得到之振幅、相位角與正確的聲壓方程式結合，完成繪聲壓曲線的方法，與實驗得到的聲壓曲線作比較，確定用ANSYS繪製聲壓曲線的正確性與可行性。並使用ANSYS 作簡諧激振響應分析所得到之振幅、相位角、振形結合自然頻率的模態與振形來解釋聲壓曲線產生谷(Valley)之原因。分析在不同的邊界條件、激振位置對聲壓曲線的影響，並由激振位置及振動模態之間的關係研究使聲壓曲線保持平坦的方法。 在實驗部份，量測在不同的邊界條件、激振器位置所得聲壓曲線與理論作比較，並解釋兩者間具有差異之原因。以幫助我們了解複材板之振動形行為。
 Vibration and Sound Radiation of Laminated Composite Plates Student : Yong-Gang Jhuo Advisor : Dr. Tai-Yan Kam Institute of Mechanical Engineering National Chiao Tung University ABSTRACT In this thesis,vibration characteristics of laminated composite plates are studied and the amplitude and phase angle obtained from the finite element software ANSYS together with sound pressure equation are used to construct sound pressure response curves. Sound pressure responses with different boundary conditions and different locations of exciter are also studied and the reason why sound pressure response curves fluctuate drastically is analyzed. In the theoretical study, the modal analysis and the harmonic analysis of laminated plates are achieved using the finite element software ANSYS.The amplitude and phase angle obtained from the harmonic analysis together with sound pressure equation are used to plot sound pressure response curves and then the results are compared with the experimental results to make sure the present method is correct.Studying the relations among the amplitudes,phase angles and mode shapes obtained from the harmonic analysis and modal analysis ,one can explain why sound pressure curve has valley. In the experimental study, sound pressure responses of the plates with different boundary conditions and different locations of exciter are generated and used to verify the theoretical results.We have found ways to improve the smoothness of the sound pressure response curves using the relationship between locations of exciter and modal response.
 目錄 中文摘要 i 英文摘要 ii 誌謝 iv 目錄 v 表目錄 vii 圖目錄 viii 第一章 緒論 1 1.1前言 1 1.2文獻回顧 1 1.3研究方法 3 第二章 複合材料積層板力學分析 4 2.1基本假設 4 2.2應力應變關係 5 2.3構成方程式 7 第三章 複合材料積層板振動分析 8 3.1虛功法在有限元素模型中之應用 8 3.2基本模態與自然頻率 10 3.3運動方程式 11 3.3.1多自由度系統之運動方程式 11 3.3.2無阻尼系統之自由振動分析:特徵值問題 12 3.3.3模態之直交性與矩陣之正規化(Orthogonality and Normalize) 13 3.3.4多自由度簡諧激振響應分析 16 第四章 聲壓計算及應用 18 4.1聲壓波動方程式 18 4.2 ANSYS與聲壓方程式結合繪製聲壓曲線 21 第五章 試片製作與實驗程序 24 5.1複合材料疊層板試片之製作 24 5.2聲壓實驗 24 5.3 雙面膠彈簧常數模擬公式推導 25 5.3.1 平移彈簧常數 26 5.3.2 旋轉彈簧常數 26 5.4 實驗試片的架設與彈簧常數的模擬 27 第六章 理論模擬與實驗結果 29 6.1前言 29 6.2. ANSYS簡諧激振響應分析(Harmonic Analysis) 正確性的 驗證 29 6.2.1 單自由度簡諧激振響應分析結果的驗證 29 6.2.2 多自由度簡諧激振響應分析結果的驗證 32 6.3聲壓趨勢分析 33 6.3.1 ANSYS與聲壓方程結合繪聲壓曲線 33 6.3.2 理論與實驗聲壓圖比較 33 6.4 聲射分析與模態響應分析 35 第七章 結論與未來研究方向 44 參考文獻 46 表目錄 表(5.1) 5層雙面膠的高度與所放砝碼的重量 49 表(6.1) 理論的振幅與相位角值 (Frequency Range=0~9.5493 step=3) 50 表(6.2) ANSYS的振幅與相位角 (Frequency Range=0~3.1831 step=1) 50 表(6.3) ANSYS的振幅與相位角 (Frequency Range=0~3.1831 step=10) 50 表(6.4) ANSYS的振幅與相位角 (Frequency Range=0~6.3662 step=2) 51 表(6.5) ANSYS的振幅與相位角 (Frequency Range=0~9.5493 step=3) 51 表(6.6) ANSYS的振幅與相位角 (Frequency Range=0~6.3662 step=10) 51 表(6.7) 理論的振幅與相位角 (Frequency Range=520~960 step=9) 52 表(6.8) ANSYS的振幅與相位角 (Frequency Range=0~1000 step=25) 53 表(6.9) ANSYS的振幅與相位角 (Frequency Range=500~1000 step=25) 54 表(6.10) 複材板的材料常數與受力 55 圖目錄 圖(2.1) Principle And Material Axis Coordinate System 56 圖(2.2) 平板所受應力的合力及合力矩圖 57 圖(4.1) 聲壓距離示意圖 58 圖(4.2) 板子上的點包圍面積示意圖 58 圖(5.1) 積層板製作及輔助材料疊層順序 59 圖(5.2) 熱壓機 60 圖(5.3) 複合材料積層板之加熱加壓硬化成型製程圖 60 圖(5.4) 試片架設圖(正面) 61 圖(5.5) 試片架設圖(背面) 61 圖(5.6) 複材板四邊貼雙面膠 62 圖(5.7) 複材板兩邊貼雙面膠 62 圖(5.8) 激振器與積層板之位置關係圖 63 圖(5.9) 聲壓測試圖 63 圖(5.10) 雙面膠受力圖 64 圖(5.11) 砝碼的重量相對5層雙面膠高度之曲線(非線性) 65 圖(5.12) 砝碼的重量相對5層雙面膠高度之曲線(線性) 65 圖(5.13) 雙面膠受正向力圖 66 圖(5.14) 雙面膠受扭力圖 66 圖(6.1) 單自由度具阻尼的簡諧激振響應 67 圖(6.2) 單自由度圖ANSYS得到的相位角圖 68 圖(6.3) 單自由度圖理論得到的相位角圖 68 圖(6.4) 不同阻尼比之下的放大因子圖(Amplitude Ratio) 69 圖(6.5)　ANSYS的頻譜圖 (Frequency Range=0~1000 step=25) 70 圖(6.6) ANSYS的頻譜圖 (Frequency Range=500~1000 step=25) 70 圖(6.7) 多自由度具阻尼的簡諧激振響應 71 圖(6.8) ANSYS得到的中點相位角圖 72 圖(6.9) ANSYS得到的頂點相位角圖 72 圖(6.10) ANSYS 單自由度簡諧激振響應的頻譜圖 (Frequency Range=0~9.5493 step=30) 73 圖(6.11)　 ANSYS多自由度簡諧激振響應中點的頻譜圖 (Frequency Range=0~9.5493 step=30) 73 圖(6.12)　激振器放置位置的中心點 74 圖(6.13)　激振器放置位置施力的模擬 74 圖(6.14)　四邊貼雙面膠，激振器放在位置(1)時的實驗聲壓曲線圖 75 圖(6.15)　四邊貼雙面膠，激振器放在位置(1)時的理論聲壓曲線圖 75 圖(6.16)　四邊貼雙面膠，激振器放在位置(2)時的實驗聲壓曲線圖 76 圖(6.17)　四邊貼雙面膠，激振器放在位置(2)時的理論聲壓曲線圖 76 圖(6.18) 左右兩邊貼雙面膠，激振器放在位置(1)時的實驗聲壓曲線圖 77 圖(6.19) 左右兩邊貼雙面膠，激振器放在位置(1)時的理論聲壓曲線圖 77 圖(6.20) 左右兩邊貼雙面膠，激振器放在位置(2)時的實驗聲壓曲線圖 78 圖(6.21) 左右兩邊貼雙面膠，激振器放在位置(2)時的理論聲壓曲線圖 78 圖(6.22) 上下兩邊貼雙面膠，激振器放在位置(1)時的實驗聲壓曲線圖 79 圖(6.23) 上下兩邊貼雙面膠，激振器放在位置(1)時的理論聲壓曲線圖 79 圖(6.24) 上下兩邊貼雙面膠，激振器放在位置(2)時的實驗聲壓曲線圖 80 圖(6.25) 上下兩邊貼雙面膠，激振器放在位置(2)時的理論聲壓曲線圖 80 圖(6.26) 不使用激振器時，環境的聲壓曲線 81 圖(6.27) 四邊貼雙面膠，激振器放在位置(1)時的理論簡化聲壓曲線圖 82 圖(6.28) 四邊貼雙面膠，激振器放在位置(2)時的理論簡化聲壓曲線圖 83 圖(6.29) 左右兩邊貼雙面膠，激振器放在位置(1)時的理論簡化聲壓曲線圖 84 圖(6.30) 左右兩邊貼雙面膠，激振器放在位置(2)時的理論簡化聲壓曲線圖 85 圖(6.31) 上下兩邊貼雙面膠，激振器放在位置(1)時的理論簡化聲壓曲線圖 86 圖(6.32) 上下兩邊貼雙面膠，激振器放在位置(2)時的理論簡化聲壓曲線圖 87 圖(6.33) 振幅、相位角與ANSYS 中Z軸的關係 88 圖(6.34) 聲波在空氣介質中以縱波方式傳遞 89 圖(6.35) 四邊貼雙面膠，激振器放在位置(1)時(6.3)式的振形曲線圖 90 圖(6.36) 四邊貼雙面膠，激振器放在位置(2)時(6.3)式的振形曲線圖 91 圖(6.37) 左右兩邊貼雙面膠，激振器放在位置(1)時(6.3)式的振形曲線圖 92 圖(6.38) 左右兩邊貼雙面膠，激振器放在位置(2)時(6.3)式的振形曲線圖 93 圖(6.39) 上下兩邊貼雙面膠，激振器放在位置(1)時(6.3)式的振形曲線圖 94 圖(6.40) 上下兩邊貼雙面膠，激振器放在位置(2)時(6.3)式的振形曲線圖 95 圖(6.41) 四邊貼雙面膠，激振器放在位置(1)時(6.4)式的曲線圖 96 圖(6.42) 四邊貼雙面膠，激振器放在位置(2)時(6.4)式的曲線圖 97 圖(6.43) 左右兩邊貼雙面膠，激振器放在位置(1)時(6.4)式的曲線圖 98 圖(6.44) 左右兩邊貼雙面膠，激振器放在位置(2)時(6.4)式的曲線圖 99 圖(6.45) 上下兩邊貼雙面膠，激振器放在位置(1)時(6.4)式的曲線圖 100 圖(6.46) 上下兩邊貼雙面膠，激振器放在位置(2)時(6.4)式的曲線圖 101 圖(6.47) 施力為集中力，四邊貼雙面膠，激振器放在位置(1)時 (6.3)式的振形曲線圖 102 圖(6.48) 施力為集中力，四邊貼雙面膠，激振器放在位置(1)時 (6.6)式的振形曲線圖 102 圖(6.49) 施力為集中力，四邊貼雙面膠，激振器放在位置(1)時 (6.3)式的振形曲線圖 103 圖(6.50) 四邊貼雙面膠，激振器放在位置(2)時(6.3)式的振形曲線圖 103 圖(6.51) 施力為集中力，四邊貼雙面膠，激振器放在位置(1)時， 簡諧激振響應的振形圖　(0~1840Hz) 109 圖(6.52) 四邊貼雙面膠，激振器放在位置(2)時，簡諧激振響應的 振形圖　(0~1480Hz) 114 圖(6.53) 四邊貼雙面膠，複材板的自然頻率模態圖(前16個mode) 116 圖(6.54) 四邊貼雙面膠，複材板的自然頻率振形圖(前16個mode) 118
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 1 具加勁複合材料結構板之聲傳研究 2 複合材料板的聲傳平滑研究 3 具彈性支承複合材料板之聲傳研究 4 具彈性支撐複合材料圓板之振動與聲傳研究 5 複合材料三明治板之振動與聲射研究 6 平板受橢圓激震器激震之振動研究 7 複合材料積層板之振動模態分析 8 共振頻率在複合材料喇叭音箱之設計與製作 9 新型激突六角旋釘應用於碳纖維/環氧樹脂複合材料單疊接頭之設計 10 應用於精密儀器之複合式減振平台研究 11 引擎振動系統的減振研究 12 以實驗法探討二胡狼音之產生機制 13 系統可靠度評估軟體之設計 14 壓電平板的振動及聲傳分析 15 DVD-ROM之模態及振動分析

 1 4.王家忠，“無線通訊功率放大器之封裝發展趨勢”，零組件雜誌－行動通訊零組件完全手冊，2003，頁63~69。 2 15.洪敏雄，“射頻電路整合－走向IC化還是模組化”，零組件雜誌－行動通訊零組件完全手冊，2003，頁60~62。 3 31.曾信超，“企業科技能力與技術轉移績效關係之研究－以新竹科學工業園區為例”，長榮學報，第三卷第二期，1999年4月，頁1-16。 4 38.劉仁傑，“台灣工具機產品升級方向”，機械工業雜誌，2001年3月。 5 47.蘇建元，“個人行動通訊產業之市場與技術展望”，零組件雜誌－行動通訊零組件完全手冊，2003，頁25~35。 6 4.吳思華，「策略九說—總論：策略管理的內涵」，世界經理文摘，第85期，1993.9，頁60-70 7 11.賴士葆，(1990) ，「技術創新特性與新產品發展績效相關之研究」，管理評論，pp.102-114

 1 具彈性支承複合材料板之聲傳研究 2 複合材料三明治板之振動與聲射研究 3 共振頻率在複合材料喇叭音箱之設計與製作 4 複合材料積層板之振動模態分析 5 加勁揚聲板之最佳化設計 6 複合材料葉片振動行為之研究 7 揚聲平板之最佳設計參數研究 8 彈性支承對複合材料板的振動與聲傳之影響研究 9 平板受橢圓激震器激震之振動研究 10 磁碟陣列機之振動分析 11 具條狀支撐方型平面揚聲器之研製 12 平板揚聲器之設計與失真研究 13 橢圓激震器之設計與應用研究 14 具加勁複合材料結構板之聲傳研究 15 壓電式平面揚聲器製程及性能分析

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