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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李志興
研究生(外文):Li, Shih-Hsing
論文名稱:小型風力發電機熱塑型複材葉片振動模態之研究
論文名稱(外文):Vibration Mode Study of Small Wind Turbine Plastic Blade
指導教授:蘇盛竹蘇盛竹引用關係
指導教授(外文):Su, Sheng-Zhu
口試委員:沈坤耀呂學育
口試委員(外文):Shen, KunyaoS. Y. Leu
口試日期:2012-06-29
學位類別:碩士
校院名稱:中華科技大學
系所名稱:飛機系統工程研究所
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:熱塑型葉片振型振動模態振動試驗振型資料庫
外文關鍵詞:Plastic Blade Vibration ModeVibration ModeVibration TestingModal Database
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摘要
隨著生活水準的提昇,人們逐漸重視生存環境的地球就只有一個,地球上能源逐漸消耗之下,綠色能源中風力發電也相對備受重視,而國內風力發電市場中小型風力發電葉片多為複合材料製成,並以小功率為主,本研究以射出成型複合材料小型風力葉片為研究熱塑型塑膠混合玻璃纖維材料,進行聚對苯二甲酸二丁Poly Butylene Terephathalate簡稱 PBT、聚亞苯基硫醚Poly Phenylene Sulfide簡稱PPS、聚丙烯Polypropylene簡稱PP、尼龍NYLON及聚碳酸酯Poly Carbonate簡稱PC等五種不同塑膠料加以含玻纖40%材料探討結構振態進行研究,比較五種材料熱塑型葉片結構強度應用於美製Air-X 400W小型風機上之優越性。研究方法係以敲擊試驗模組收集個葉片結構振型,建立振型資料庫進行數值分析,以MATLAB 數值演算軟體進行數值整理,並利用ANSYS 有限元素分析軟體建模進行分析比較,探討其葉片適用性以及製程上瑕疵,利用彎斷試驗及振型資料庫比對驗證實驗設計符合葉片基礎理論方程,以該型最佳化葉片所設計之幾何外型,從五種材料中找出最合適為PPS,PPS材料的機械性能對溫度的敏感性能小,製出結振較小。過程中發現其以射出成型製成之複合材料小型風力葉片而引起的結構孔隙瑕疵,以及對微觀結構強度將在未來可進行相關之研究。

關鍵字:熱塑型葉片振型、振動模態、振動試驗、振型資料庫。

ABSTRACT
Energy consumption becomes more and more important in the future of our live. The green energy of wind power is relatively much attention. Especially, the composite material small and medium-sized wind turbine blades take a major part in the domestic wind power market. In here, our research is concentrate at small injection molding of composite wind blades as research material. There are five different plastics are going to studies such as: Poly Butylene Terephathalate referred to as PBT, Poly phenylene sulfide referred to as PPS, polypropylene referred to as PP, NYLON and Poly Carbonate referred to as PC . Those five plastics will containing 40% fiber materials explore in the structure of mode shapes to study and compare. The material plastic blades structural strength is going to apply to the American Air-X 400Won superiority of the small wind turbines. On the other hand, research methods are going tap the test module to collect the leaf structure shapes and establish the modal database for numerical analysis. Beside, the MATLAB numerical calculation software and the ANSYS finite element analysis software modeling were used to analyze and compare the experiment results. The results will discuss of blades applicability as well as flaws in the process. Finally, the bending test and vibration database validation will compare the experimental design with the composite wind turbine blades of the basic theory. According to the origin design shape, the results we funded the most suitable material is PPS from five kinds of materials. For the PPS mechanical properties can be the less temperature sensitivity and the small knot vibration to system. During the procedure of injection, molding structural porosity defects on the small wind blades and micro-structural strength will be future related research.

Keywords: Plastic Blade Vibration Mode, Vibration Mode, Vibration Testing, Modal Database.

誌謝 i
中文摘要 ii
英文摘要 iii
目次 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
符號 xii
第一章 緒論 1
第一節 前言 1
第二節 研究動機 2
第三節 文獻回顧 2
第四節 研究目的 4
第五節 研究方法 5
第二章 振動模態之擷取技術簡介 8
第一節 前言 8
第二節 振動模態之擷取技術介紹 9
壹、振動模態之擷取技術相關應用 9
貳、振動模態之擷取技術功能與效益 11
第三節 振動模態之擷取技術軟硬體介紹 12
壹、基本設備 13
貳、儀器檢測 16
第三章 塑型風力葉片介紹 21
第一節 前言 21
第二節 熱塑型葉片設計與製程介紹 23
壹、葉片設計 23
貳、葉片製程 25
第三節 熱塑型葉片模擬分析 31
壹、分析流程概述 31
貳、Solidworks幾何模型建製 34
參、ANSYS 模擬分析 34
肆、結果數據資料 36
第四節 塑形葉片振頻分析 45
壹、實驗流程概述 46
貳、自然頻率量測實驗 47
參、阻尼量測實驗 49
肆、結果數據資料 50
第四章 結果與討論 60
第一節 實驗結果 60
第二節 問題討論 67
第五章 結論與未來展望 68
第一節 結論 68
第二節 未來展望 69
參考文獻 70
附錄 72
附錄A ANSYS Multiphysics 72
附錄B 美製Air-X 風機 77
附錄C 葉片製成紀錄 78
附錄D 葉片重量量測 81
附錄E 彎斷試驗 83
附錄F 扭曲試驗 87
附錄G 工程塑料物性表 89
作者簡歷 90

參考文獻
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