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研究生:邱柏欽
研究生(外文):Bo-Chin Chiou
論文名稱:以Matlab程式預測受振動物體之聲音與頻譜分析
論文名稱(外文):Predict sound of vibrational objects and spectrum analysis with Matlab program
指導教授:邱武耀邱武耀引用關係
指導教授(外文):Wu-Yao Chiou
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:模具工程系
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:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:122
中文關鍵詞:Matlab傅立葉頻譜DFTFFTIDFTIFFTANSYS
外文關鍵詞:MatlabFourierspectrumDFTFFTIDFTIFFTANSYS
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本研究是利用Matlab程式語言的使用者視窗化工具介面,開發傅立葉轉換之離散傅立葉轉換(DFT)、快速傅立葉轉換(FFT)、離散傅立葉反轉換(IDFT)與快速傅立葉反轉換(IFFT)程式以及聲音技術之傅立葉轉換分析模組。並將實驗量測到的振動訊號經使用者介面模組轉換出時域及頻率域訊號,進一步與實驗分析的頻譜結果相互驗證正確性,並撰寫出將時間域轉換成聲音的技術。
研究過程第一部份是以二塊低碳鋼模型工件與高爾夫球桿身為例,首先經由實驗分析所量測到的時域訊號,利用Matlab程式語言的使用者介面作頻譜分析,並將此分析的頻譜結果與實驗分析的頻譜結果相互印證,結果顯示兩者的頻譜相當吻合。最後將分析的結果經IDFT與IFFT轉換回時域訊號,利用此聲音轉換技術模擬受一衝擊力物體發出正確的聲音。第二部份為ANSYS模擬,將繪製之高爾夫球頭的模型,利用ANSYS作暫態結構分析並繪出時域訊號圖,將此時域訊號經DFT與FFT作振動分析,最後與Siglab實驗量測之振動訊號及聲音作比較。研究結果將可作為工程實務上的應用及分析。
This study is used the GUIDE tools of Matlab software to developed the Fourier transform analysis module which can be obtained Discrete Fourier Transform (DFT), Fast Fourier Transform (FFT), Inverse Discrete Fourier Transform (IDFT) , Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) and the sound transformation technology. The experimental measured vibration signals will be converted by the GUIDE module to time-domain and frequency-domain, these results can be compared with the experimental analysis for the validity, as well as the sound transformation technology transferred time domain will be also developed by the Matlab software.
First, the study process of the experimental measurement example is that two work pieces of mild steels and golf shaft are used. Firstly, the measured time-domain signals are analyzed by the GUIDE module developed by Matlab language, and from comparisons of results of spectrum are mostly coincide with the experimental measurements. Finally, the analyzed results are transferred by IDFT and IFFT to time-domain signals and the technique of sound transformation is successfully applied to simulate for an impact of body to send out true sound. It is hoped that all of study results can be provided for engineering reference and application. ANSYS simulation is the second ,it's draw a golf club model and time domain for transient structural analysis by ANSYS,this signal using DFT and FFT for vibration analysis,and than contrast with Siglab experimental vibration and sound.
摘 要.................i
ABSTRACT................ii
致 謝.................iii
目 錄.................iv
表 目 錄.................vi
圖 目 錄.................vii
符 號 說 明..............xi

第一章、緒論...............1
1.1 前言與研究動機.........1
1.2 文獻回顧..............2
1.3 全文概述..............5

第二章、聲學理論分析........6
2.1 聲音基本理論...........6
2.2 聲音的原理.............7
2.3 聲音的物理特徵..........8
2.4 聲音的三要素............9
2.5 聲音的單位..............11

第三章、傅立葉轉換與振動理論分析.....13
3.1 時域與頻率域之關係.............13
3.2 傅立葉積分(Fourier Integrals).........15
3.3 離散傅立葉轉換原理(Discrete Fourier Transform,DFT)........17
3.4 快速傅立葉轉換原理(Fast Fourier Transform,FFT)............20
3.5 振動理論分析............29
3.6 自由振動分析(free vibration analysis).............30
3.7 簡諧外力振動分析(harmonic vibration analysis)..........33
3.8 阻尼系統(damped system)..............35
3.8.1 過阻尼系統(overdamped system).............37
3.8.2 臨界阻尼系統(critically damped system)..............37
3.8.3 低阻尼系統(underdamped system)..............38
3.9 暫態振動分析(transient vibration analysis)..............41
3.9.1 阮奇庫塔法(Runge-Kutta method)..............43
3.9.2 有限差分法(finite difference method)..............45

第四章、Siglab實驗量測與Matlab程式之驗證.............48
4.1 Matlab程式語言之Guide介面設計............48
4.2 函數型離散傅立葉轉換(DFT)與反轉換(IDFT)案例分析............50
4.2.1 結果與討論.............52
4.3 低碳鋼工件之Siglab實驗量測與Matlab程式分析之驗證...............53
4.3.1 低碳鋼之Siglab實驗量測..............54
4.3.2 低碳鋼之Siglab實驗架構..............55
4.3.3 低碳鋼之Matlab程式分析..............60
4.3.4 結果與討論............72
4.4 高爾夫球桿身之Siglab實驗量測與Matlab程式分析之驗證............74
4.4.1 高爾夫球桿身之Siglab實驗量測.............75
4.4.2 高爾夫球桿身之Matlab程式分析.............76
4.4.3 結果與討論...........82

第五章、Siglab實驗量測與ANSYS模擬分析..............84
5.1 高爾夫球頭之Siglab實驗量測與ANSYS模擬之驗證............84
5.1.1 高爾夫球頭之Siglab實驗量測.............85
5.1.2 高爾夫球頭之Siglab實驗架構.............86
5.1.3 高爾夫球頭之ANSYS模擬振動分析..............93
5.1.4 Siglab實驗量測與ANSYS模擬分析之時域聲音比較..............99
5.1.5 結果與討論.............101

第六章、結論.............103

參考文獻.............104
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