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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林純華
研究生(外文):Lin,Chunhua
論文名稱:複合材料重低音音箱之研製
論文名稱(外文):Fabraction of Composite Heavy-Bass Sound Box
指導教授:張瑞榮張瑞榮引用關係
口試委員:吳正鵬吳家宏
口試日期:2012-07-06
學位類別:碩士
校院名稱:中華科技大學
系所名稱:機電光工程研究所碩士班
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:重低音音箱非破壞性檢測樹脂轉注真空成型法共振頻率頻譜分析最佳化方法
外文關鍵詞:Sound boxVRTMNatural frequenciesFrequency response spectrumOptimizationHeavy-bass sound
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  本研究研發重點在重低音音箱製程及其非破壞性檢測試驗。製程是利用複合材料質輕、高強度的特性及乾式玻璃纖維疊層包覆成音箱本體和上蓋板,並在中間加入瓦楞板作為彈性材來降低音箱頻率的結構。製程首先將模具抽真空,再利用樹脂轉注真空成型法(VA-RTM)注入樹脂於含有預成形物的模具內,使模穴內樹脂與玻璃纖維及瓦楞板充分膠合浸潤,並熱硬化成形,如此可減輕音箱結構重量及降低加工成本。
  量測方面是在自由狀態下使用非破壞性檢測之衝擊鎚與加速規量測音箱共振頻率,並以雷射自動震盪掃頻器測定喇叭單體的自然頻率,用以測定出與音箱共振頻率值比較。再以敲擊試驗獲得音箱本體(不含後蓋板)共振頻率為目標函數,利用多起始點總域性最佳化方法去鑑定複合材料喇叭音箱材料的八種彈性常數,最後以鑑定出的彈性常數反求音箱共振頻率理論值。藉由模態量測試驗獲得重低音喇叭與音箱本體(含後蓋板)共振頻率,及由聲壓試驗獲得重低音喇叭單體與音箱頻譜分析圖,並比較其複材音箱與單體的聲壓頻率及音箱設計對駐波產生之聲壓影響。經由本實驗所研究的複合材料重低音喇叭音箱的最佳化彈性常數鑑定,其設計及量測實驗確實可以達到符合產品實用性及可靠性。

The laminated composite sound box was fabricated via the VRTM approach in which the foam core wrapped by glass fabric was placed in a steel mold, epoxy resin was injected into the mold to cover the skin of the box, and the inner part of the mold was vacuumed during the resin injection process. The cured composite box was subjected to model testing to validate the reliability of the box.
  The vibration characteristics (natural frequencies) of laminated composite sound box used for heavy-bass sound radiation are compared to single speaker. In    The vibration testing of the sound radiator, the B&K 3650C data acquisition system was used to provide a series of harmonic sine function signals sweeping in a specific frequency range to the electro-magnetic exciter to make the speaker vibrate. The speaker response signals picked up by the laser gun (OFV 350) and vibrometer (OFV 2500) were analyzed using the FFT analyzer of the B&K 3650C data acquisition system to construct the frequency response spectrum of the speaker.
  In this paper, a frequency discrepancy function is established to measure the sum of the differences between the experimental and theoretical predictions of natural frequencies of the laminated composite boxes. A multi-start global optimization method for elastic constants identification of angle-ply laminated composite sound box is presented. A simple yet effective nondestructive evaluation technique and vibration data are used in the proposed optimization method to identify eight elastic constants of the composite sound box. It has been shown that the composite sound box has significant effects on the vibration characteristics of the heavy-bass sound radiators.

中文摘要………………………………………………………………Ⅰ
英文摘要………………………………………………………………Ⅱ
誌謝……………………………………………………………………Ⅲ
目錄……………………………………………………………………Ⅳ
表索引…………………………………………………………………Ⅵ
圖索引…………………………………………………………………Ⅶ
符號說明………………………………………………………………Ⅸ
第一章 緒論 ……………………………………………………..1
1.1 前言 ………………………………………………...1
1.2 文獻回顧 ...............................3
1.3 研究方向 …………………………………………...4
第二章 複合材料積層板力學分析 ……………………………..5
2.1 一階剪變形理論 …………………………………...5
2.2 虛功法 ……………………………………………..10
2.3 有限元素分析 ……………………………………..11
2.4 能量法 ……………………………………………..11
第三章 ANSYS分析與最佳化理論 …………………………...12
3.1 ANSYS可靠度檢驗 ……………………………....12
3.2 多起使點最佳化設計 ……………………………..13
3.3 最佳化鑑定設計 …………………………………..18
3.4 複合材料重低音喇叭音箱之有限單元分析 ……..20
第四章 複合材料重低音喇叭音箱之設計、製作與實驗 …….21
4.1 複合材料重低音喇叭音箱之設計 ………………..21
4.2 複合材料重低音喇叭音箱之製作 ..........................23
4.3 複合材料重低音喇叭音箱之敲擊實驗 …………..25
4.4 單體單點雷射量測 ………………………………..26
4.5 重低音喇叭聲壓試驗 ……………………………..26
第五章 實驗結果與理論分析 …………………………………28
5.1 重低音喇叭音箱自然頻率 ……………………….28
5.2 重低音喇叭雷射頻率與重低音音箱頻率比較 ….29
5.3 重低音喇叭音箱聲壓試驗之比較 ……………….30
5.4 彈性常數鑑定最佳化之結果 …………………….30
5.5 結果與討論 ……………………………………….31
第六章 結論與未來研究方向 …………………………………32
6.1 結論 ……………………………………………….32
6.2 未來研究方向 …………………………………….33
參考文獻 …………………………………………………………..34
附錄 ………………………………………………………………..37


表索引

表3-1 .本文與文獻Noor [23]自然頻率誤差值之比較 …………..50
表3-2 .音箱外型尺寸表 …………………………………………...50
表3-3 .音箱材料密度表 …………………………………………...50
表3-4 .音箱材料常數表 …………………………...........................50
表4-1 音箱內部尺寸駐波頻率表 …………………………………51
表5-1 音箱(不含後蓋板)敲擊振動頻率 …………………………52
表5-2 音箱(含後蓋板)敲擊振動頻率 ……………………………53
表5-3 音箱(不含後蓋板)敲擊振動頻率與分析頻率比較 ………54
表5-4 音箱(含後蓋板)敲擊振動頻率與分析頻率比較 …………54
表5-5 音箱(含後蓋板)敲擊振動頻率、分析頻率、聲壓FoV頻率、單體雷射頻率比較 …………………………………………………..55
表5-6 玻璃纖維材料常數鑑定最佳化 (目標函數) 第一回合 ...55
表5-7 瓦楞板材料常數鑑定最佳化 (目標函數) 第一回合 …...56
表5-8 玻璃纖維材料常數鑑定最佳化 (目標函數)第二回合 ….57
表5-9 瓦楞板材料常數鑑定最佳化 (目標函數) 第二回合 …...58
表5-10 玻璃纖維材料常數鑑定最佳化 (目標函數) 第三回合 .58
表5-11 瓦楞板材料常數鑑定最佳化 (目標函數) 第三回合 ….59
表5-12 瓦楞板材料常數鑑定最佳化 (設計變數) 第一回合 ….59
表5-13 玻璃纖維材料常數鑑定最佳化 (設計變數) 第一回合 .60
表5-14 玻璃纖維材料常數鑑定最佳化 (設計變數) 第二回合 .61
表5-15 瓦楞板材料常數鑑定最佳化 (設計變數) 第二回合 ….62
表5-16 玻璃纖維材料常數鑑定最佳化 (設計變數) 第三回合 .62
表5-17 瓦楞板材料常數鑑定最佳化 (設計變數) 第三回合 ….63
表5-18 玻璃纖維與瓦楞板材料常數(目標函數)比較表 ……….63
表5-19 玻璃纖維與瓦楞板材料常數(設計變數)比較表 ……….64


圖索引

圖1-1  本文研究方法之流程圖 ………………………………….65圖3-1 質點運動圖 ……………………………………………….66
圖3-2  區域極小值流程圖 ……………………………………….67
圖3-3  總域極小值流程圖 ……………………………………….68
圖3-4  多層次最佳化反求彈性常數流程 ……………………….69
圖3-5  音箱後蓋板尺寸(mm)示意圖 ……………………………70
圖3-6 音箱本體尺寸(mm)示意圖 ………………………………70
圖3-7 音箱結構有限元素模型 ………………………………….71圖4-1  聲波與音箱的共振示圖 ………………………………….71
圖4-2  駐波示意圖 ……………………………………………….71
圖4-3 複合材料重低音箱成品 ………………………………….72
圖4-4 重低音音箱模具 ………………………………………….72
圖4-5 複材重低音音箱本體製作六大步驟 …………………….73
圖4-6 複材重低音音箱後蓋板製作六大步驟 ………………….73
圖4-7 玻璃纖維布 ……………………………………………….74
圖4-8 瓦楞板 …………………………………………………….74
圖4-9 樹脂轉注成型機 ………………………………………….75
圖4-10 個人筆記型電腦 ………………………………………….75
圖4-11 衝擊鎚 …………………………………………………….76
圖4-12 音箱模態敲擊實驗 ……………………………………….76
圖4-13 Pulse頻譜訊號分析儀(雷射) …………………………...77
圖4-14 重低音喇叭單體雷射量測 ……………………………….77
圖4-15 聲壓測試系統 …………………………………………….78
圖4-16 音箱出音孔聲壓測試 …………………………………….78
圖4-17 喇叭單體聲壓測試 ……………………………………….79
圖5-1 音箱本體(不含後蓋板)頻譜圖 ………………………….79
圖5-2 音箱本體(含後蓋板)頻譜圖 …………………………….80
圖5-3 音箱本體(含後蓋板)頻譜圖 …………………………….80
圖5-4 音箱結構(不含後蓋板)第1個共振自然頻率 ………….81
圖5-5 音箱結構(不含後蓋板)第5個共振自然頻率 ………….81
圖5-6 複材音箱(不含後蓋板)頻譜 …………………………….82
圖5-7 重低音喇叭單體頻譜 …………………………………….82
圖5-8 音箱與本體聲壓頻譜分析比較 ………………………….83
圖5-9 音箱(含後蓋板)自然振動模態Model 1= 80 Hz ……......83
圖5-10 音箱(含後蓋板)自然振動模態Model 2= 86 Hz ……......84
圖5-11 音箱(含後蓋板)自然振動模態Model 3= 97 Hz ……......84
圖5-12 音箱(含後蓋板)自然振動模態Model 4= 100 Hz ………85
圖5-13 音箱(含後蓋板)自然振動模態Model 5= 101 Hz ………85
圖5-14 音箱(含後蓋板)自然振動模態Model 6= 115 Hz ………86

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