被動式壓電吸振器應用於受衝擊外力平板之最佳化設計

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姓名

吳俊宏(Jyun-Hong Wu) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

被動式壓電吸振器應用於受衝擊外力平板之最佳化設計
(Optimal design of passive piezoelectric absorbers for vibration reduction of a plate subject to an impact force.)

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摘要(中)

本文主要討論以設計被動式壓電吸振器抑制金屬薄板受到一非週期衝擊集中力後之減振效果，考慮薄板四邊皆為簡支撐邊界條件，在薄板的結構表面貼附壓電材料並外接電路，形成一組類似機械式吸振器的吸振電路，達到抑制結構振動的效果。
首先介紹壓電材料之基本原理與特性，考慮系統對薄板及壓電材料之基本假設，並使用漢米爾頓定理推導薄板與壓電材料複合系統之耦合運動方程式，在電路部份以標準式壓電吸振器之電路為基礎，設計出新型之壓電吸振器電路，改善薄板因外力激振而產生的振動現象。經過數值方法計算後得到複合薄板系統受衝擊外力後之位移響應及頻率響應，進一步繪製響應圖形並加以分析和討論。由模擬結果得到，串聯電容壓電吸振器應用負電容做控制，確實可以得到不錯的吸振效果。

摘要(英)

This thesis investigates reducing vibration of a thin plate by using a new type of passive piezoelectric absorbers. The thin plate is simply supported and subjected to an external impact force at its center. Two piezoelectric absorbers are attached to both sides of the plate. Each absorber is made of a piece of piezoelectric material connected to passive electric components.
The equation of motion of the composite plate is derived by applying Hamilton’s principle. The equations of circuits are also obtained. Combining these two types of equations and using Galerkin’s method can give the solution of plate vibration. The numerical results show this new absorber can give more effective reduction in plate displacement than standard passive absorbers. Discussions focus on the characteristics of the new absorber. Parameter studies are also preformed.

關鍵字(中)

★ 振動控制
★ 壓電吸振器
★ 平板

關鍵字(英)

★ plate
★ piezoelectric absorber
★ vibration control

論文目次

中文摘要 ……………………………………………………… i
英文摘要 ……………………………………………………… ii
誌謝 ……………………………………………………… iii
目錄 ……………………………………………………… iv
圖目錄 ……………………………………………………… vi
表目錄 ……………………………………………………… xii
符號說明 ……………………………………………………… xiii
第一章緒論………………………………………………… 1
1.1 前言………………………………………………… 1
1.2 文獻回顧…………………………………………… 2
1.3 內容架構…………………………………………… 3
第二章壓電材料理論……………………………………… 4
2.1 壓電現象…………………………………………… 4
2.2 壓電材料種類與應用……………………………… 5
2.3 壓電材料方程式…………………………………… 6
第三章系統之運動方程式與簡化………………………… 8
3.1 基本假設…………………………………………… 8
3.2 運動方程式推導…………………………………… 9
3.3 運動方程式簡化…………………………………… 13
第四章壓電吸振器之電路方程式………………………… 17
4.1 基本壓電吸振器之組成…………………………… 17
4.2 壓電吸振器之電路方程式………………………… 18
4.2.1 標準式壓電吸振器………………………………… 18
4.2.2 壓電吸振器之設計………………………………… 20
4.3 系統近似解………………………………………… 22
第五章最佳化理論………………………………………… 24
5.1 最佳化問題之基本架構…………………………… 24
5.1.1 設計變數…………………………………………… 24
5.1.2 目標函數…………………………………………… 25
5.1.3 限制條件…………………………………………… 26
5.2 最佳化問題之數學模型…………………………… 27
第六章數值結果與分析…………………………………… 28
6.1 系統簡介…………………………………………… 28
6.2 設計吸振器之選擇………………………………… 29
6.3 吸振器頻率之選擇………………………………… 33
6.4 阻尼比對吸振器減振之影響……………………… 34
6.5 壓電材料面積及厚度之影響……………………… 35
6.6 壓電材料之遲滯效應……………………………… 37
6.7 最佳化參數之結果………………………………… 38
第七章結論與建議………………………………………… 40
7.1 結論整理…………………………………………… 40
7.2 未來建議…………………………………………… 41
參考文獻 ……………………………………………………… 43

參考文獻

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指導教授

黃以玫(Yii-Mei Huang)

審核日期

2009-7-23

推文