(3.227.249.155) 您好!臺灣時間:2021/05/07 06:49
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果

詳目顯示:::

: 
twitterline
研究生:巫武錩
研究生(外文):Wu, Wu-Chan
論文名稱:撓度法於振動系統響應合成之應用
論文名稱(外文):Vibration response synthesis using receptance method
指導教授:鄭志鈞
指導教授(外文):Cheng, Chih-Chun
口試委員:蔡孟勳黃順發潘敏俊
口試委員(外文):Tsai, M-SHwang, S-FPan, M-C
口試日期:2011-07-12
學位類別:碩士
校院名稱:國立中正大學
系所名稱:機械工程學系暨研究所
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:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:55
中文關鍵詞:撓度法響應合成
外文關鍵詞:receptancesynthesize response
相關次數:
  • 被引用被引用:1
  • 點閱點閱:155
  • 評分評分:系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔
  • 下載下載:10
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:1
本論文探討如何運用撓度法使一結構系統產生指定之周期振動響應,以懸臂樑黏貼壓電片為例,合成周期性方波與三角波,進行理論與相關實驗驗證與探討。結構撓度表示結構外力與位移響應關係,將整體結構系統分為若干個次系統,分別求出各個次系統振動響應之結構撓度,並利用結構間力平衡及幾何相容關係進行結構合成,即可由整體系統撓度推導出欲合成目標響應之外力振幅,並以模態假設法及數值模擬驗證結構響應,模擬顯示撓度法耦合之結構響應與目標響應間差異均方根接近0%,兩響應波形幾乎相同、振幅誤差趨近於零。並以壓電片進行結構響應實驗,於懸臂樑結構貼上壓電片,利用撓度法導出懸臂樑結構之外力振幅,將其外力轉換成電壓訊號通於壓電片,使懸臂樑結構產生目標響應,藉由快速傅立葉轉換觀察結構響應與目標響應之頻譜差異,微調電壓訊號以修正實驗過程中造成之誤差,可將實驗響應與目標響應間差異均方根降至10%左右,使結構響應能更接近目標響應。
This thesis focuses on synthesizing a pre-designative periodic vibration response of a structure based on receptance technique. Examples Numerical simulations as well as experiments are presented to demonstrate how to produce pre-designative square and sawtooth vibration responses using a cantilever actuated by piezoelectric patches. The cantilever is divided into several sub-systems and the cantilever receptance is derived by coupling the individual receptance of each sub-system based on conditions of force equilibrium and responses compatibility at the interface between two subsystems. Numerical results from receptance method are verified by the assumed modes method. In experiment, the voltage of piezoelectric patches which are bonded on a cantilever to produce the pre-designative response is determined using receptance method. Results from numerical simulation show that the displacement response produced by the cantilever agrees well with the pre-designative displacement and their difference quantified using root mean square is less than 0.01%. On the other hand, results from experiments show that the difference between the pre-designative displacement and that produced by the cantilever actuated by piezoelectric patches is 10% approximately.
目 錄
表目錄 III
圖目錄 V
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機與目的 1
1-3 文獻回顧 3
1-3-1 微懸臂樑撓度耦合分析 5
1-3-2 壓電片驅動結構振動 6
1-4 本文架構 7
第二章 結構振動理論分析 9
2-1 橫向振動分析 9
2-1-2 自由振動 10
2-1-3 強迫振動 11
2-2 結構撓度耦合推導 12
2-2-2 單自由度連結之系統撓度耦合 13
2-2-3 雙自由度連結之系統撓度耦合 15
2-3 連續系統橫向振動撓度推導 19
2-4 雙自由度系統撓度之數值模擬 22
2-5 連續系統橫向振動撓度之數值模擬 24
第三章 壓電片驅動結構振動 錯誤! 尚未定義書籤。
3-1 壓電材料致動器簡介 34
3-2 壓電片驅動結構振動分析 36
3-3 實驗平台、實驗流程與架構 37
3-4 實驗結果與探討 40
第四章 結論與未來展望 51
4-1 結論 51
4-2 未來研究展望 52
參考文獻 53

表 目 錄
表2-1 材料參數與幾何尺寸 22
表2-2 50Hz下不同次系統數量之整體系統末端撓度 23
表2-3 不同頻率所對應之結構末端撓度 27
表2-4 懸臂樑結構前五自然頻率 27
表2-5 結構所須外力振幅 28
表2-6 各頻率所對應末端響應之振幅 30
表3-1 Cant-1懸臂樑幾何尺寸 41
表3-2 Cant-1、2懸臂樑幾何尺寸 41
表3-3 不同材質之材料參數 41
表3-4 三組懸臂樑前四自然頻率(單位:Hz) 41
表3-5 實驗響應與目標響應均方根差異 50

圖 目 錄
圖1-1 ASNOM顯像示意圖 4
圖2-1 樑結構受力示意圖[17] 10
圖2-2 系統響應與外力示意圖 12
圖2-3 懸臂樑次系統簡圖 13
圖2-4 單自由度連結次系統分力示意圖 15
圖2-5 雙自由度連結次系統分力示意圖 15
圖2-6 A、B次系統耦合示意圖 18
圖2-7 懸臂樑次系統簡圖 18
圖2-8 懸臂樑末端受力示意圖 19
圖2-9 整體系統拆解簡圖 21
圖2-10 不同次系統數量之整體系統示意圖 22
圖2-11 撓度響應驗證流程圖 24
圖2-12 (a)目標響應波形,(b)響應作傅立葉展開 26
圖2-13 懸臂樑受力與響應位置示意圖 27
圖2-14 ANSYS建模 29
圖3-1 正壓電效應 32
圖3-2 逆壓電效應 33
圖3-3 PZT延展示意圖 34
圖3-4 單層壓電樑與雙層壓電樑示意圖 35
圖3-5 雙層壓電致動器驅動示意圖 35
圖3-6 PZT致動時之結構負載示意圖 36
圖3-7 樑結構受壓電片作動之負載簡圖 37
圖3-8 懸臂樑結構平台簡圖 38
圖3-9 實驗流程與架構 39
圖3-10 壓電片位置及結構尺寸示意圖 40
圖3-11 Cant-1電壓比例常數 43
圖3-12 Cant-2電壓比例常數 43
圖3-13 (a) Cant-1目標響應,(b) Cant-1實驗響應 44
圖3-14 Cant-1實驗響應FFT 45
圖3-15 Cant-1衝擊鎚敲擊試驗結果 45
圖3-16 (a) Cant-2目標響應,(b) Cant-2實驗響應 46
圖3-17 (a) Cant-2目標響應FFT,(b) Cant-2實驗響應FFT 47
圖3-18 (a)Cant-2目標響應,(b)Cant-2微調後結構響應 48
圖3-19 (a) Cant-3目標響應,(b) Cant-3實驗響應 49
圖3-20 (a)Cant-3目標響應FFT,(b)Cant-3實驗響應FFT 49
圖3-21 (a)Cant-3目標響應,(b)Cant-3微調後結構響應 50


參考文獻
[1] G. Binnig and C.F. Quate, “Atomic force microscope,” Physical Review Letters, vol. 56, pp. 930-934, 1986.
[2] R.C. Dunn, “Near-field scanning optical microscopy,” Chem. Rev., vol. 99, pp. 2891-2921, 1999.
[3] A. Bek, R. Vogelgesang and K. Kern, “Apertureless scanning near field optical microscope with sub-10 nm resolution,” Review of Scientific Instruments, vol. 77, pp. 043703, 2006.
[4] C.H. Chuang and Y.L. Lo, “An analysis of heterodyne signals in apertureless scanning near-field optical microscopy,” Optics express, vol. 16, no. 22, pp. 17982-18003, 2008.
[5] R.E.D. Bishop and D.C. Johnson, The Mechanics of Vibration, Cambridge University Press, pp. 21-29, 1979.
[6] 程文男, 阻抗耦合法於結構響應合成之應用, 國立中正大學機械工程研究所碩士學位論文, 2006.
[7] W.J. Chang and S.S. Chu, “Analytical solution of flexural vibration responses on taped atomic force microscope cantilevers,” Physics Letters A, vol. 309, pp. 133-137, 2003.
[8] J.H. Lee, S.T. Lee, C.M. Yao and W. Fang, “Comments on the size effect on the microcantilever quality factor in free air space,” Journal of Micromechanics and Microengineering, vol. 17, no. 1, pp. 139-146, 2007.
[9] J.H. Lee, Y.D. Lau, C.M. Yao and W. Fang “Experimental study of the effect of hydrodynamic coupling of micro-cantilever array on the dynamic response of micro-cantilever,” Sensors and Actuators A: Physical, vol. 165, pp. 79-85, 2011.
[10] T.S. Wu, W.J. Chang and J.C. Hsu, “Effect of tip length and normal and lateral contact stiffness on the flexural vibration eesponses of atomic force microscope cantilevers,” Microelectronic Engineering, vol. 71, pp. 15-20, 2004.
[11] M. Abbasi and A.K. Mohammadi, “A new model for investigating the flexural vibration of an atomic force microscope cantilever,” Ultramicroscopy, vol. 110, pp. 1374-1379, 2010.
[12] C.C. Cheng and P.W. Wang, “Applications of the impedance method on multiple piezoelectric actuators driven structures,” Journal of Vibration and Acoustics, vol. 123, no. 2, pp. 262-268, 2001.
[13] 魏嘉成, 應用阻抗法於結構振動響應合成, 國立中正大學機械工程研究所碩士學位論文, 2003.
[14] C.C. Cheng and C.C. Lin, “An impedance approach for vibrating response synthesis using multiple PZT actuators,” Sensors and Actuators, vol. 118, pp. 116-126, 2005.
[15] M.R. Ghazavi, G. Rezazadeh and S. Azizi, “Pure parametric excitation of a micro cantilever beam actuated by piezoelectric layers,” Applied Mathematical Modelling, vol. 34, pp. 4196-4207, 2010.
[16] I. Kucuk, I.S. Sadek, E. Zeini and S. Adali, “Optimal vibration control of piezolaminated smart beams by the maximum principle,” Computers and Structures, vol. 89, pp. 744-749, 2011.
[17] S.S. Rao, Mechanical Vibrations, Prentice Hall, 4th edition, pp. 588-620, 2003.
[18] http://www.piezo.com/

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
系統版面圖檔 系統版面圖檔