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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:辜盈博
研究生(外文):ying-bo gu
論文名稱:以能量波發散法模擬多自由度系統之動態反應
論文名稱(外文):Using the Energy Wave Scattering Method to Simulate the Dynamic Response of Multidegree of Freedom Systems
指導教授:吳學鑑
指導教授(外文):Shyue-Jian Wu
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:機械與機電工程學系研究所
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:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:87
中文關鍵詞:動態反應暫態分析能量波發散法
外文關鍵詞:the Energy Wave Scattering Methodtransient analysisdynamic response
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能量波發散法運用能量傳遞導線及波發散交會點建立系統模型,將系統之物理量轉換成非偶合之能量波變數,再利用能量波變數模擬系統之動態反應,最後分析結果由能量波變數轉換成時域之所求物理量。此法於結構動態分析之運用雖尚在起步階段,但適用於處理時域問題,如暫態分析的運用,且暫態分析是動態分析中重要的一環,暫態分析需要廣博的數學處理和較新的計算方法,或許能量波發散法是個可行且較合實際的方法。
本文運用能量波發散法模擬多自由度系統之動態反應,模擬不同因素影響下之動態情形,如初始條件因素、阻尼因素、外力因素等。將模擬之結果以位移-時間關係圖及數值表顯示,與理論解或有限元素軟體-ANSYS分析之結果比對,以位移-時間關係圖比對其系統特性,數值表比對各時間點之位移值。整體而言,以能量波發散法模擬之結果與理論解和ANSYS解相當吻合,由本文的結果,可確認能量波發散法於模擬多自由度系統之可行性,更進一步驗證此法於動態分析之適用性。
The energy wave scattering method (EWS method) makes use of transmission lines and junctions to model the systems, and switches physical quantities to be energy wave variables then simulates the dynamic response of the systems, finally switches the analyzed results from energy wave variables back to physical quantities. Although using EWS method to simulate the dynamic response of structures is still on the initial stage, figuring out the time domain problems as example as transient analysis is suitable for use. Transient analysis is an important segment of dynamic analysis, it needs more extensive mathematics and newer method of calculation. Probably the EWS method is a workable and typical way.
The study tries to use the EWS method to simulate the dynamic response of mutildegree of freedom systems, the response are due to different factors such as initial condition factors, damping factors and external force factors else. Let the simulated results display as displacement-time figures and displacement tables, and compared the results from lumped method or the finite element software-ANSYS with system characteristics by the figures and time domain displacements by the tables. On the whole, the simulated results almost matched with the analytical lumped methods. From the results of the study could confirm the feasibility that using the EWS method to simulate the dynamic response of mutildegree of freedom systems, and further tested and verified the applications of the EWS method on the dynamic analysis.
目錄 頁次
目錄 Ι
圖目錄 Ⅲ
表目錄 Ⅶ
中文摘要 Ⅹ
英文摘要 XI

第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 1
1-3 研究動機 2
1-4 論文架構 3
第二章 能量波發散法之理論基礎 4
2-1 元件(元素)簡介 4
2-2 交會點特性及其能量發散矩陣簡介 4
2-2-1 一般交會點 4
2-2-2 能量轉換交會點 8
2-2-3 特殊交會點 9
2-3 能量消耗元件於交會點 11
2-4 物理系統模擬 12
第三章 模擬流程 18
3-1 以能量波發散法建構K-M-C系統 18
3-2 利用有限元素軟體-ANSYS建構K-M-C 系統 20
3-3 能量波發散法與ANSYS 對K-M-C系統建立之差異 21
第四章 模擬結果與討論 24
4-1 雙自由度K-M-C系統之振動分析 24
4-1-1 自由振動分析 24
4-1-2 強制振動分析 24
4-2 三自由度K-M-C系統之振動分析 24
4-3 綜合性條件之多自由度K-M-C系統之振動分析 25
4-4 結果說明與問題討論 27
第五章 結論與建議 30
5-1 結論 30
5-2 建議 31
參考文獻 68
附錄 70


圖目錄 頁數
圖1. 不同物理域之共同趨力交會點例子 15
圖2. 通用OR交會點之TLM圖 15
圖3. 單能量口之OR交會點之TLM圖 15
圖4. 不同物理量之共同流連交會點例子 16
圖5. 通用1R交會點之TLM圖 16
圖6. 雙口能量轉換交會點示意圖 16
圖7. 雙口陀螺交會點示意圖 17
圖8. (a)共同位移交會點及(b)共同動量交會點之TLM圖 17
圖9.(a)左行波與右行波及(b)入射波與反射波之TLM圖 17
圖.10-1 雙自由度K-M-C系統之模型圖 22
圖.10-2 能量波發散法模擬雙自由度K-M-C系統之模型圖 22
圖.10-3 ANSYS軟體模擬雙自由度K-M-C系統之模型圖 22
圖.10-4 三自由度K-M-C系統之模型圖 23
圖.10-5 能量波發散法模擬三自由度K-M-C系統之模型圖 23
圖.10-6 ANSYS軟體模擬三自由度K-M-C系統之模型圖 23
圖11. 2dfree-1-ANSYS解-兩質塊位移圖 33
圖12. 2dfree-1-能量波解-兩質塊位移圖 33
圖13. 2dfree-2-理論解-兩質塊位移圖 34
圖14. 2dfree-2-能量波解-兩質塊位移圖 34
圖15. 2dfree-3-理論解-兩質塊位移圖 35
圖16. 2dfree-3-能量波解-兩質塊位移圖 35
圖17. 2dfree-4-ANSYS解-兩質塊位移圖 36
圖18. 2dfree-4-能量波解-兩質塊位移圖 36
圖19. 2dfree-5-ANSYS解-質塊m1位移圖 37
圖20. 2dfree-5-能量波解-質塊m1位移圖 37
圖21. 2dfree-5-ANSYS解質塊-m2位移圖 38
圖22. 2dfree-5-能量波解-質塊m2位移圖 38
圖23. 2dfree-6-ANSYS解-質塊m1位移圖 39
圖24. 2dfree-6-能量波解-質塊m1位移圖 39
圖25. 2dfree-6-ANSYS解-質塊m2位移圖 40
圖26. 2dfree-6-能量波解-質塊m2位移圖 40
圖27. 2dfree-7-ANSYS解-質塊m1位移圖 41
圖28. 2dfree-7-能量波解-質塊m1位移圖 41
圖29. 2dfree-7-ANSYS解-質塊m2位移圖 42
圖30. 2dfree-7-能量波解-質塊m2位移圖 42
圖31. 2dfree-8-ANSYS解-質塊m1位移圖 43
圖32. 2dfree-8-能量波解-質塊m1位移圖 43
圖33. 2dfree-8-ANSYS解-質塊m2位移圖 44
圖34. 2dfree-8-能量波解-質塊m2位移圖 44
圖35. 2dforce-1-ANSYS解-質塊m1位移圖 45
圖36. 2dforce-1-能量波解-質塊m1位移圖 45
圖37. 2dforce-1-ANSYS解-質塊m2位移圖 46
圖38. 2dforce-1-能量波解-質塊m2位移圖 46
圖39. 2dforce-2-ANSYS解-質塊m1位移圖 47
圖40. 2dforce-2-能量波解-質塊m1位移圖 47
圖41. 2dforce-2-ANSYS解-質塊m2位移圖 48
圖42. 2dforce-2-能量波解-質塊m2位移圖 48
圖43. 3dfree-1-理論解-質塊m1位移圖 49
圖44. 3dfree-1-能量波解-質塊m1位移圖 49
圖45. 3dfree-1-理論解-質塊m2位移圖 50
圖46. 3dfree-1-能量波解-質塊m2位移圖 50
圖47. 3dfree-1-理論解-質塊m3位移圖 51
圖48. 3dfree-1-能量波解-質塊m3位移圖 51
圖49. 3dfree-2-ANSYS解-質塊m1位移圖 52
圖50. 3dfree-2-能量波解-質塊m1位移圖 52
圖51. 3dfree-2-ANSYS解-質塊m2位移圖 53
圖52. 3dfree-2-能量波解-質塊m2位移圖 53
圖53. 3dfree-2-ANSYS解-質塊m3位移圖 54
圖54. 3dfree-2-能量波解-質塊m3位移圖 54
圖55. 3dforce-1-ANSYS解-質塊m1位移圖 55
圖56. 3dforce-1-能量波解-質塊m1位移圖 55
圖57. 3dforce-1-ANSYS解-質塊m2位移圖 56
圖58. 3dforce-1-能量波解-質塊m2位移圖 56
圖59. 3dforce-1-ANSYS解-質塊m3位移圖 57
圖60. 3dforce-1-能量波解-質塊m3位移圖 57
圖61. Case1-ANSYS解-質塊m1位移圖 58
圖62. Case1-能量波解-質塊m1位移圖 58
圖63. Case1-ANSYS解-質塊m2位移圖 59
圖64. Case1-能量波解-質塊m2位移圖 59
圖65. Case2-ANSYS解-質塊m1位移圖 60
圖66. Case2-能量波解-質塊m1位移圖 60
圖67. Case2-ANSYS解-質塊m2位移圖 61
圖68. Case2-能量波解-質塊m2位移圖 61
圖69. Case2-ANSYS解-質塊m3位移圖 62
圖70. Case2-能量波解-質塊m3位移圖 62
表目錄 頁數
表1. 雙自由度自由振動初始條件表 25
表2. 雙自由度自由振動阻尼條件表 25
表3. 元件性質表 26
表4. 2dfree-1位移數值比較表 26
表5. 2dfree-2位移數值比較表 26
表6. 2dfree-3位移數值比較表 26
表7. 2dfree-4位移數值比較表 26
表8. 2dfree-5位移數值比較表 63
表9. 2dfree-6位移數值比較表 63
表10. 2dfree-7位移數值比較表 63
表11. 2dfree-8位移數值比較表 63
表12.強制振動外力表 63
表13. 2dforce-1-m1位移數值比較表 64
表14. 2dforce-1-m2位移數值比較表 64
表15. 2dforce-2-m1位移數值比較表 64
表16. 2dforce-2-m2位移數值比較表 64
表17.三自由度綜合條件表 64
表18. 3dfree-1-m1位移數值比較表 65
表19. 3dfree-1-m2位移數值比較表 65
表20. 3dfree-1-m3位移數值比較表 65
表21. 3dfree-2-m1位移數值比較表 65
表22. 3dfree-2-m2位移數值比較表 65
表23. 3dfree-2-m3位移數值比較表 65
表24. 3dforce-1-m1位移數值比較表 66
表25. 3dforce-1-m2位移數值比較表 66
表26. 3dforce-1-m3位移數值比較表 66
表27. Case1綜合條件表 66
表28. Case2綜合條件表 66
表29. Case1-m1位移數值比較表 66
表30. Case1-m2位移數值比較表 67
表31. Case2-m1位移數值比較表 67
表32. Case2-m2位移數值比較表 67
表33. Case2-m3位移數值比較表 67
表34.能量轉換交會點之實例 70
表35.不同物理域中之陀螺交會點 71
表36.不同交會點之組成關係 72
表37.物理域之波速 73
表38.符號表 74
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