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研究生:陳之維
論文名稱:由模態測試反算電路板材料參數
論文名稱(外文):The determination of material parameters of a printed circuit board throuth modal testing
指導教授:徐茂濱徐茂濱引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:機械工程系
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:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:82
中文關鍵詞:模態測試參數化語法APDL模型驗證模型確認評估MAC虛擬模型
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摘要
本文結合電腦輔助測試、設計與分析,建構一資訊整合的虛擬原型解決方案,以一有孔密度不均的複合材料印刷電路板成品,經模態測試,結合有限元素法,預測結構的共振模態和自然頻率,再分別以等向性與側等向性的材料特性,帶入最佳化方法來反求材料參數,分析得證側等向性材料將更趨近於實測數據。文中首先提出整合性等效驗證與材料參數等效性,兩種探討方式來模型驗證真確的虛擬原型;並以模型確認評估比對振形。全文之貢獻在(一)反算結構複雜、結合面不一,無法從材料庫或破壞實驗取得材料參數之標的物;(二) 建構正確性的虛擬模型,將解決測試建構繁瑣、信號取樣不易與消弭數值分析誤差的鴻溝,提高數值模型的再利用,大幅縮減設計修正與產品開發周期的時間。

目 錄
誌謝……………………………………………………………………...i
摘 要…………………………………………………………………...ii
目 錄…………………………………………………………………..iii
圖索引……………………………………………………………...….v
表索引……………………………………………………………...… vii
符號說明…………………………………………………………...… viii
第一章 緒論…………………..………………………………… 1
1.1 前言.................................... 2
1.2 研究目的................................ 2
1.3 文獻回顧與整理.......................... 4
1.4 本文架構................................ 4
第二章 模型驗證理論分析探討...................
2.1 系統分析與信號分析 ........................ 5
2.2 頻率響應分析………………………………….…. 9
2.3頻域反應分析…………………………………. 13
2.4 模態分析方法…………………………………… 15
2.5有限元素法分析原理………………………… 20
2.6 模態分析驗證法之流程………………………… 29
2.7複材層板之基本分析模式……………………… 33
第三章 印刷電路板實驗測試……………………………………38
3.1 模態測試法則 ....................................38
3.2 衝擊鎚實驗 ....................................39
3.3 激振器實驗 .....................................41
3.4 衝擊鎚與激振器實驗頻率結果比較…………………….....42
3.5 有限元素分析……………………………………….......…43
3.6 有限元素與實驗模態結果比較…………………….....……45
第四章 模型分析驗證最佳化設計法……………………………50
4.1 最佳化流程………….……………………………...........50
4.2 最佳化設計程序………………….…………….............51
4.3 最佳化參數定義………………….………….52
4.4 等效材料參數之反算方法……….……… …54
第五章 結果與討論…………………………………………………57
第六章 結論..………………………….………………………… 72
參考文獻 ……………………...……………...……………… 75
【附錄一】:模態驗證指標(MAC)程式
【附錄二】:ANSYS最佳化程式
《圖索引》
圖2-1. 單自由度振動系統之系統方塊圖 7
圖2-2. 頻域、時域訊號之關係 8
圖2-3. FFT頻率信號圖………………………………………………… 10
圖2-4. FRF頻率信號圖………………………………………………… 11
圖2-5. FRF實部圖……………………………………………………… 11
圖2-6. FRF虛部圖……………………………………………………. ..11
圖2-7. 模態頻譜圖……….……………………………………....…….16
圖2-8. 模態分析路徑圖……………………………………….……….19
圖2-9. 模態分析流程圖………………………….………….…………20
圖2-10. 有限元素法分析示意圖………………………………………21
圖2-11. 有限元素分析流程……………………………………..……..28
圖2-12. 有限元素前處理………………………………………………29
圖2-13. 頻率響應函數…………………………………….…………...31
圖2-14. 模態驗證法流程圖………………………………..….…….....32
圖2-15. 材料之直角座標系統圖…..………………………….….……33
圖2-16. 平板應力座標系統圖…..…………………………….….……33
圖2-17. SHELL93平板應力作用座標系統圖………….……..………34
圖2-18. 複合材料單層板座標………………………………………..35
圖2-19. 正向性材料平面示意圖………………………………………36
圖2-20. 等向性材料示意圖……………………………………………37
圖3-1.實驗模型驗證流程圖…………………………………………...38
圖3-2.電路板之模態測試架構示意圖………………………………...39
圖3-3.自由邊界電路板之實驗架構照片……………………………...40
《圖索引》
圖3-4.自由邊界板之分割及編號情形……………..………………….41
圖3-5.使用激振器之實驗圖………………………………...…………42
圖3-6.激振器實驗架構之照片………………………………………...42
圖3-7.印刷電路板[845E MAX-6566E]之實際情況………………….. 43
圖3-8. SHELL 93 薄殼元素……………………………….………..…45
圖3-9. 模態振形表示方法圖………..………………………….…...49
圖4-1. 最佳化設計之流程………………………….…………………50
圖4-2. 最佳化有限元素程式分析流程圖………………………….…55
圖4-3. 最佳化設計流程……………………………………………….56
圖5-1. 整合性等效驗證分析流程圖 ……………….…………….…59
圖5-2. 數值計算與測試頻率之比較………………………………….61
圖5-3. 最佳化設計與測試頻率之比較……………………………….63
圖5-4. 實驗模態與最佳化數值 MAC比對結果圖……………….… 65
圖5-5. 加質量點自由邊界板之分割及編號情形………………….…67
圖5-6. 電路板加質量驗證分析實驗架構照片…………………….…67
圖5-7. 電路板加質量驗證詳圖……………………………………….68
圖5-8.加質量印刷電路板頻譜分析FRF之各頻率數值點………..… 68
《表索引》
表3-1. 印刷電路板之材料性質 44
表3-2. SHELL93基本性質 44
表3-3. ANSYS與實驗模態振形比較 47
表5-1. 有限元素與實驗測試頻率比較表 60
表5-2. 單一頻率最佳化材料參數數值 62
表5-3. 最佳化設計參數數值表 63
表5-4. 最佳化設計參數數值表 65
表5-5. 最佳化頻率值表 62
表5-6.電路板加質量數值模型與模態振形之比較 69
表5-7.等效驗證分析頻率數值表 69
表5-8. 數值計算與測試頻率之比較 70
表5-9. 數值模型與模態振形之比較 71

參考文獻
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