端銑刀有限元素模型驗證與振動模態特性探討

    為了得到銑削時其響應之模擬，適當且準確的有限元素模型便是相當必要的，故本文目的在建立可拋棄刀片之端銑刀之有限元素模型，模型則以ANSYS有限元素分析軟體進行建構。首先分別建構刀具在自由及挾持邊界情況下之有限元素模型，並運用實驗模態分析(Experimental Modal Analysis, EMA)技術得到刀具於自由邊界之振動特性。結果顯示於挾持邊界之刀具其自然頻率有明顯降低之現象。藉由模態參數比對之結果可以確定所建構之有限元素模型等效於實際結構，未來更可特別在挾持邊界之有限元素模型進行其他分析，如頻率響應函數(Frequency Response Function, FRF)之模擬及切削響應之預測。

屏東科技大學機械工程系所  振動噪音實驗室

實驗室主持人：王栢村教授

聯絡信箱：wangbt@mail.npust.edu.tw

聯絡電話：08-7703202 #7017 / 7036

實驗室網站：http://140.127.6.133/lab/

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不同鎖緊程度螺栓接合板之有限元素模型驗證

    探討運用傳統實驗模態分析，以衝擊鎚為驅動器，加速度計為感應器，對不同鎖緊程度之連續螺栓鋼板結構進行非破壞之檢測評估，經由不同鎖緊程度之連續螺栓鋼板結構模態振型有無明顯變化之特性，以期發展得到螺栓鎖緊之檢驗方法。

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不同高爾夫鐵桿握把處振動品質指標分析與探討

本文主要以不同型號與有無熱處理之高爾夫 7 號鐵桿針對揮桿舒適度分析與探討。首先對各球桿進行靜態實驗模態測試，針對高爾夫球桿握把處進行量測，並將所量得之振動特性套用所發展之高爾夫球具握把振動品質指標，同時對各球桿進行實際揮桿擊球，最後將主觀揮桿舒適度評估與客觀握把處振動品質指標值進行比對驗證。除可由實驗角度確認所發展之振動品質指標評估模式之可靠度，更對高爾夫球桿揮桿擊球舒適度有一量化指標。未 來可依此分析模式對大量球具進行舒適度指標資料庫建立，並發展指標評估等級分級，使 未來無論在球具開發或客戶選購，均能對擊球舒適度有一參考依據。 

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壘球棒之振動特性與性能評估

隨著球棒效能的提升，性能指標愈來愈多，如早期的COR(Coefficient of Restitution)值、MOI(Moment of Inertia)值、BEV(Ball Exit Velocity)值，演變至近年來所使用的BPF(Bat Performance Factor)衡量標準。然而要進行這些檢測，需要大筆的費用，使用精密的機器來檢測球棒的性能，整個過程不但費時，花費的成本也太高。

本文利用有限元素法配合實驗模態分析法於自由、固定及手握邊界對不同材質壘球棒進行模型驗證，經由驗證成功之結果延伸應用來定義出球棒之性能指標，目的在於建立基於振動特性之性能指標，可用來評估揮棒擊球過程中，球棒打擊區性能與握把處桿之舒適度量化指標 。

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結合有限元素分析於高爾夫球具結構變更與聲音預測

本文目的在於應用 ANSYS 軟體簡諧響應分析功能，發展高爾夫球具擊球聲音預測虛擬測試技 術，藉由 ANSYS 軟體所建立之有限元素分析模型，變更球頭結構以求得其頻率響應函數，以預測了解擊球聲音品質特性探討。首先利用球具結構振動與擊球聲音之關聯性，對建立之理論與實驗聲音預測程式進行驗證，進一步由虛擬測試技術預測球頭結構之擊球聲音特性，以評估球頭結構設計之適當性，透過反覆虛擬測試，可以開發建構吻合擊球聲音特性設計目標之新型式球頭。由結果得知，發展之聲音預測模式確實有其可行性，理論聲音預測準確度，取決於球具模型驗證之頻率響應函數預測品質，而變更球頭不同部位厚度，則影響結構模態特性，進而改變了擊球聲音特性。本文所發展之聲音預測程式，對高爾夫球頭設計，將可有效率及系統化探討球頭結構參數對擊球聲音特性之影響，並可降低樣品反覆製作與測試之成本，縮短球頭設計開發時程，以及掌握擊球聲音特性與球頭設計準則。

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高爾夫球具擊球聲音與振動模態關聯性探討

        本文主要探討高爾夫球桿擊球聲音與球桿之振動模態之間的關聯性，首先分別對單一高爾夫球頭與完整高爾夫球具進行實驗模態分析，分別得到球頭與球具之振動模態，進而觀察高爾夫球頭與高爾夫球具振動模態之關連性，在進行實驗模態分析的同時，順道量測室內高爾夫球頭與高爾夫球具之衝擊音，觀察室內高爾夫球頭與高爾夫球具衝擊音之關連性，進而分 別觀察高爾夫球頭結構振動與衝擊音之關連性及高爾夫球具結構振動與衝擊音之關連性，最後進行室外實際揮桿擊球聲音之量測，將室外實際揮桿擊球聲音分別對室內球頭與室內球具衝擊音及振動模態做關聯性探討，在高爾夫球頭與高爾夫球具對應振動模態中， 發現兩者之頻率誤差皆在 20Hz內，而從聲音頻譜圖發現室內高爾夫球頭與高爾夫球具衝擊音有極大之關連性，而室外高爾夫球具撃球聲音頻譜圖與室內高爾夫球頭及高爾夫球具衝擊在聲音大之頻率也有所關連性，往後能藉由本篇所作之結果，作為後續基於聲音品質指標之變更設計之參考依據。

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高爾夫球頭聲音與振動模態關聯性探討

        本文對一典型之高爾夫球木桿之球頭分別進行 有限元素分析(Finite Element Analysis, FEA)與實驗模態分析(Experimental Modal Analysis, EMA)，以驗證求得理論分析模型，進而探討球聲音與振動模態關聯性。首先執行最佳化分析法以求得球頭頂蓋碳纖維素材之等效材料參數，使得理論模態分析所得之自然頻率與模態振型與實驗模態分析結果相吻合。同時也量 測球頭衝擊音，由聲音頻譜圖可觀察各峰值頻率與球頭特定之振動模態有極大關聯性，未來可進一步進行球桿模型驗證，並取得球頭與球桿之球具結合分析， 再由有限元素分析配合實驗模態分析完成整體球具之模型驗證及球頭振動特性與擊球聲音關聯性結果，以便於後續對高爾夫球具之振動特性與擊球聲音進行關聯性探討。

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