應用振動模態試驗於碳纖維試片之機械性質測定

       近年來因碳纖維複合材料之高強度、高韌性及重量輕等優越特性，所以漸漸地被廣泛的應用在各類之結構及物件上，但由於碳纖維複合材料之機械性質，會受材質與疊層角度等影響而過於複雜，且過去較無對碳纖維材料機械性質之參考資料，使得要應用電腦輔助工程分析於碳纖維結構設計與分析方面，其結果可靠度皆尚待確認，故本文針對碳纖維材料之機械性質研究具有未來之發展性。 本文主要目的為得到碳纖維材料試片之等效有限元素模型之正向性材料參數包括陽氏係數、蒲松比及剪力模數，並探討不同感測器之量測方法所產生之實驗誤差量。經由一試片之振動特性試驗可獲得其機械性質。

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實驗室主持人：王栢村教授

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浮式樓板緩衝材之動態剛性測定與分析

       由內政部建築研究所近年來針對住宅環境相關研究調查資料顯示，台灣因地窄人稠故住宅型式已趨向於高層化發展，因此集合住宅成為都會地區最普遍的住宅形式，在居住形式趨於高層集中化的結果下，可得知在居住環境中，彼此因生活噪音而影響到居住品質的情形會越來越多。其中困擾度最高之噪音源為樓板衝擊音，且因居民對於住戶安寧權的重視逐年增加，使得糾紛、訴訟等案件日漸增加，因此如何改善樓板衝擊音的實施對策便成為當下重要的課題之一。

       本文目的欲建構一套針對浮式樓板緩衝材之動態剛性量測程序，首先參考ISO 9052-1之緩衝材動態剛性實驗量測規範，進而建立一套標準的量測程序與方法，未來可應用在於測定各種緩衝材動態剛性的參考依據。

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具加熱晶片之印刷電路板於熱場分析與模型驗證

        當今的電子產品，因製程技術快速提升，都以輕薄短小、功能多元化、高效率及高功率的趨勢發展，相對減少印刷電路板所需佔用的體積，但對印刷電路板所能承受之要求愈趨嚴格，其中最重視的是因高功率電子晶片所導致的高溫破壞，有鑑於此必須先了解印刷電路板受熱效應後之溫度分佈以及熱應力分佈，故本文針對不同熱效應之印刷電路板進行一系列分析及探討。

      具熱效應之印刷電路板(print circuit board, PCB)是值得探討的議題。本文使用配置四顆加熱晶片之PCB當成熱源來模擬PCB在實際運作過程中所產生之熱場，此加熱晶片之設計為使用直流電壓並可迅速達到高溫，且溫度是隨電壓增加而呈現線性上升。本實驗使用紅外線熱像儀拍攝PCB上溫度分佈並搭配有限元素對PCB及加熱晶片之溫度分佈進行實驗與分析之驗證。由驗證結果顯是理論分析與實驗驗證結果非常吻合。此外，有無熱效應之PCB之模態特性驗證結果也十分良好。經驗證成功之具熱效應PCB有限元素模型可進一步延伸至頻譜響應分析，探討隨機振動與熱效應之耦合分析。

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單一封裝PCB板之響應預測與實驗驗證

       結構振動問題一直是動態分析設計中很重要一部份，而解決振動問題必須先要獲得實體結構的振動特性，除了基礎理論分析外，還可利用有限元素分析法（Finite Element Analysis, FEA）模擬分析。除了理論數學模擬推導外，利用實驗模態分析（Experimental Modal Analysis, EMA）獲得實際結構之振動參數，是常見擷取振動參數之方法。本研究希望利用理論與實驗相互比較驗證，而獲得整體印刷電路板等校模型並已模型進行破壞預測，嘗試找出可能最大破壞位置。

       將單一封裝體印刷電路板（Printed Circuit Board, PCB）已驗證完成鎖固邊界之等效有限元素模型，並延伸應用於PCB響應預測，利用有限元素分析軟體之頻譜響應分析配合隨機振動實驗，並依照JEDEC振動試驗規範中之E level進行隨機激振及頻譜響應分析，透過實驗之頻譜分析可以獲得結構物受隨機激振下之功率頻譜密度函數(Power Spectrum Density, PSD)，由實驗及理論分析求得加速度及應變PSD，並由PSD進行計算求得平均平方根值(Root Mean Square, RMS )，由PSD圖形及RMS值可對理論分析之精準度進行驗證，並確認響應預測的正確性，最後延伸進行疲勞破壞分析。

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隨機振動與熱效應複合負載下之封裝體錫球應力預測分析

       隨著科技日新月異，人們對於電子產品使用與便利性之要求相對提高，使得印刷電路板(Printed Circuit Board, PCB)尺寸設計愈趨嚴苛，而產品縮小所伴隨的是在運輸、使用環境及高溫熱能等情況下其使用壽命之議題，利用FEA分析得到PCB有無熱效應之結構特性，進而對PCB進行振動與熱傳之耦合分析，藉此探討PCB於耦合效應之特性，以便能對PCB進行最佳化結構設計。

       透過可靠且準確之印刷電路板分析模型便可預測結構於衝擊、振動甚至具熱效應模擬情況下系統之響應。本文利用經實驗模態分析方法及有限元素分析法模型驗證之印刷電路板精細有限元素模型，依循JEDEC制定振動試驗規範進行包含熱效應之頻譜響應分析，藉由理論及實驗之加速度功率頻譜密度函數比對驗證，可確認此印刷電路板模型正確性，並進一步預測印刷電路板在具熱效應與隨機振動測試耦合狀態下之疲勞破壞。本文建立振動與熱傳耦合驗證分析流程，基於隨機輸入之常態分佈假設，引用Goodman圖，對印刷電路板具熱效應於隨機激振下進行疲勞破壞評估，由本文所建立分析方法將有利於未來印刷電路板於振動與熱傳耦合負載下之設計分析。

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上級封裝體於自由邊界下之模型驗證

        本文針對微小封裝體(SPBGA)結構進行振動參數之探討，經由有限元素分析軟體配合實驗模態分析進行模型驗證，進而取得等效於實際封裝體之等效有限元素模型並確認對微小物品之實驗模態量測方法及分析之準確性。在有限元素分析，首先建構符合實體結構之有限元素模型，封裝體內部結構包括：晶片、底層、化合物、錫球，以有限元素分析軟體進行模態分析及簡諧響應分析。在實驗部份，利用傳統實驗模態分析量測手法，以衝擊鎚當驅動器，而以麥克風取代加速度計當感測器進行實驗模態分析，經由實驗可獲得封裝體之模態參數，包括自然頻率、模態振型及阻尼比，在與理論有限元素分析得到之模態參數(阻尼比除外)進行比對驗證，以取得等效於實際結構之有限元素模型。經由取得封裝體之等效有限元素模型，可確立本次實驗方法之可行性，並可將其等效模型進一步應用於進行其他振動分析如響應預測等。

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半弦波產生器固定於衝擊平台之衝擊試驗模擬分析

         衝擊試驗是將半弦波產生器固定於平台底部正中心，自由落體方式撞擊底板，以達到所需之半正弦波波形和衝擊時間，在試驗時常使用試誤法，來得到所需的衝擊之半正弦波波形和衝擊時間，因此會耗費許多的時間成本，故希望可以以模擬之方式，取代試誤法所須之時間。本文使用有限元素分析軟體LS-DYNA模擬衝擊測試，希望求得衝擊試驗時一個半弦波產生器連結於衝擊平台底部自由落體落下撞擊鋼板所產生的加速度以及衝擊時間，後續可和衝擊平台撞擊半弦波產生器作進一步的比較。

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振動平台設計分析標準作業程序之發展與案例探討

        隨著現代科技的進步，無論是電子精密產品或是傳統產業，對於產品的品質要求也越嚴格，在產品檢測中環境試驗的振動測試也相當重要，而振動測試常使用振動試驗機進行振動試驗，也因科技之進步，各大產業如汽機車零組件、3C產業、機械元件、電機機電等，產品的研發設計或是製程中，產品檢測後，稍有一點瑕疵或不良就得遭到淘汰或替換，嚴重者可能得重新構想設計，對於現今科技產業而言，創意創新已登上世界潮流，然而隨著高科技時代腳步走，日新月異的價值觀，除了產品本身的附加價值之外，產品的可靠度便是扮演著檢驗成果上不可或缺的角色之一。

        本文透過EMA、OMA及FEA分析方法建立了設計分析驗證之方法及設計分析標準作業程序。將平台含激振器進行模型更新、模型驗證以及響應預測，求得比原始平台含激振器分析模型更符合於實際結構之等效分析模型。最後將新設計之不同振動平台套入標準作業程序，並進入響應預測階段，快速評估及驗證新設計振動平台性能優劣。

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半正弦波產生器固定於衝擊平台之碰撞模擬分析與實驗驗證

        本文主旨在對固定於衝擊平台底面之半弦波產生器幾何尺寸發展出一套設計分析方法，使其在進行衝擊試驗撞擊底板時，平台頂面可以產生符合衝擊試驗規範之衝擊波形、加速度峰值與衝擊時間。且對半正弦波產生器固定於衝擊平台底面時之衝擊試驗，探討對衝擊平台結構強度及疲勞之影響進行分析預測。首先對已知幾何尺寸之半弦波產生器固定於衝擊平台底面進行實際的衝擊測試，並運用有限元素分析軟體進行模擬衝擊試驗分析，將實驗與模擬分析之結果相互驗證比較，以確認分析結果的可靠性。接著發展含半弦波產生器單自由度剛性平台理論預測方法，從規範設定之加速度峰值與衝擊時間，逆向推導得到半弦波產生器之幾何尺寸，並和實際之衝擊試驗結果進行比較分析。最後模擬含半弦波產生器衝擊平台衝擊測試，得知衝擊平台之結構強度，以及和模擬不含半弦波產生器衝擊平台之衝擊測試做比較，分析有無半弦波產生器固定狀態下，對衝擊平台結構強度之差異比較，進一步模擬加入不同待測物之質量，以瞭解待測物質量對衝擊試驗平台結構與產生之衝擊波形、加速度峰值與衝擊時間的影響。本文完成之半弦波產生器逆向設計方法，及碰撞模擬分析與驗證，將有助於衝擊試驗機之設計與開發。

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相同平台於不同振動試驗機之特性比較

        如今科技已越來越先進，凡事講求精緻與精密，相對的越精密的物品越容易受外在的影響，因此需要進行環境應力篩選。然而，振動測試也是其中相當重要的一環，振動試驗機主要用以模擬測試物長時間處於環境振動情形，可進行水平式與垂直式的測試，由於試驗機可進行垂直式測試之面積較小，故需架設輔助平台用以擴充測試面。但是不同的輔助平台結構都會有不同的振動特性，因此須對輔助平台結構進行振動分析，了解其振動特性，並探討輔助平台在指定之工作規範激振下是否能保持良好的平坦度。本文主要為探討應用相同振動試驗機之垂直輔助平台(簡稱平台)搭配不同振動試驗機之特性比較。本文目的為應用相同平台於不同振動試驗機進行操作模態分析(OMA)實驗並探討其振動特性，且進行單點控制點之實際平坦度量測實驗，並進行平坦度分析，最後驗證平坦度預測方法之正確性，並探討平台於不同試驗機時所呈現之平坦度，有助瞭解相同平台於不同試驗機之性能比較。

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Different design of vertical auxiliary tables and flatness

       Vibration test is one of important environmental tests. A typical vibration test machine is used to conduct such a test. The major components of the vibration test machine contains vibration table attached to the shaker, control unit and sensing device for the implement of feedback control.This work will first layout the evaluation process for the analysis of vibration table and conduct both the analytical and experimental works to characterize the performance of vibration table. Section 2 mainly shows the design evaluation process and presents the performance evaluation for the initial design of the vibration table. Section 3 presents the design modification of the vibration table for several practical concerns in order to seek for a better design of table in terms of flatness performance. Section 4 shows the comparison of different designs and comes out the best one. 

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高爾夫球桿振動特性與擊球聲音品質之評估

        本研究目的在分析高爾夫球桿振動特性及由模擬擊球時產生之聲音品質，並分別以球桿振動特性及聲音特性訂定高爾夫球桿品質的評估模式及合適之聲音品質指標。本文運用實驗模態分析方法及有限元素分析方法分別對完整高爾夫球桿及無握把高爾夫球桿進行實驗模態分析及有限元素分析，並將求得之模態參數及頻率響應函數作比較驗證，得到實際球桿之有限元素模型，再分析球桿節點位置、握把處能量及阻尼判斷球桿之品質，並分析握把對球桿振動特性及品質的影響。本文也進行模擬高爾夫球桿擊球聲音之量測，以衝擊鎚敲擊高爾夫球頭，量測敲擊時之聲音頻譜，藉由感覺噪音級、語言干擾位準、優先語言干擾位準及響度級來作為高爾夫球桿擊球聲音品質的判斷。本文不僅可提供對高爾夫球桿之振動與聲音品質之評估方法，更可應用所整合之實驗模態分析、有限元素分析及聲音量測技術於高爾夫球產業，以因應自創品牌及自行研發產品之需求。

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應用CAE於高爾夫球桿之設計分析與實驗驗證之探討

本研究探討高爾夫球桿之設計分析技術，主要分為三個項目，第一部份為三球桿振動特性比較，對全球桿進行實驗模態分析，探討三球桿之振動特性，並以其握把處能量與球頭打擊面能量累加為品質指標，比較出三球桿之差異性；第二部份係以三球桿受衝擊力之應變量測比較探討，以實驗之較小的衝擊力，量測出球頭面上之應變量。經過實驗與有限元素分析之比較驗證後，即可以模擬實際較大之衝擊力作用於球頭面時，得到球頭面上各點應變量與應力值；第三部份是針對三球桿之球頭聲音頻譜分析探討，經由線性量測與1/3八音頻帶之聲音量測方法，得到不同球桿之聲音頻譜差異，比較出三球桿相對之差異性，並探討聲音頻譜與振動特性之關聯性。本文所建立之分析與實驗方法，有助於訂定高爾夫球桿之設計及其品質之評估，並且未來可達到虛擬測試的目的。

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高爾夫球木桿之振動與碰撞分析

        本文旨在發展一套高爾夫球桿之球桿性能指標的評估模式與設計準則，並建立其標準分析作業流程。本論文以有限元素分析軟體導入電腦輔助工程分析(CAE)技術建立理論分析模式，分別進行其理論模態分析求得結構之自然頻率與及其模態振型，以及簡諧響應分析以求得頻率響應函數。另外也將實際高爾夫球桿結構進行完整之實驗模態分析(EMA)，求得實際結構之模態參數，以作為理論分析模型驗證與認證之參考據。完成模型驗證可確認分析模型之正確性，除探討高爾夫球桿結構振動特性之物理意義，可作為設計變更之參考，也將結合CAE與EMA技術導入虛擬測試之整合設計理念，如探討三種不同握把處邊界高爾夫球木桿模態特性之差異及建立以振動特性為基礎之高爾夫球桿之性能指標之評估模式，包括模態振型累加及ODS累加之打擊面型能指標與模態振型累加之握把處性能指標。

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高爾夫球具聲音預測與實驗量測之分析整合系統模組開發

        現今高爾夫球具市場需求量與日劇增，消費者對其品質要求也越來越高，其揮桿舒適度與擊球聲音悅耳度為消費者選購球具的重要因素之一，而高爾夫球桿是由球頭、球桿及握把所組成，其中球頭為主要擊球聲音及握把處振動來源，為各大高爾夫球製造商技術發展重點，未來勢必需要強化產品設計能力與發展生產自動化能力，以加速新產品上市的速度，以因應消費者之需求。

       本文將建立ㄧ套高爾夫球具聲音分析系統與實驗量測分析整合模組，以縮短研發及數值分析後處理時間，並選購市售評價公認性能最佳之高爾夫球桿作為目標球具，針對球頭結構特性與擊球聲音頻進行譜關聯性分析，嘗試獲得較佳之聲音品質定義。深入探討良好擊球聲音品質之高爾夫球具。

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高爾夫球頭變更設計之聲音預測與驗證

     近年來接觸高爾夫球這項運動的人越來越多，球員們也開始講究球具之各樣品質，除了在揮擊的感覺要舒適外也要打的遠，更在聲音品質上也逐漸的受到重視。然而每個球頭設計，都有其優越之性能，而在想要針對一良好設計之球具做結構變更，使擊球聲響達到改善，都必須消耗大量的設計試誤時間及樣品製作成本，所以有必要利用有限元素分析軟體配合聲音模擬分析程式，來快速改善並預測變更設計後高爾夫球具之擊球聲響，以達到將原有設計之球具在擊球聲響改善之目標。本文主要目的為以半理論/半實驗之聲音模擬分析程式[1]，配合有限元素分析方法，將同一類型之球具以些微修改之設計進行聲音預測，還能準確的預測出球具變更後之擊球聲響，以驗證此半理論半實驗聲音與測方法之準確性。

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高爾夫球頭結構變更之聲音特性探討

        隨著高爾夫球這項運動漸漸的流行，越來越多的人開始觀看球賽，所以在高爾夫球打擊時的性能及聲音的悅耳性方面逐漸的開始受到重視，然而在各種需求中想開發好聽聲音之新式球具，都必須消耗大量的設計時間及樣品製作成本，所以有必要利用聲音模擬分析方法，來預測及改善高爾夫球具之擊球聲音，以符合現代人對聲音品質的需求，並降低球頭設計時所需之時間及成本。本文主要目的是對一高爾夫球頭利用其有限元素模型，改變頂蓋結構厚度，並以聲音模擬分析方法來預測其擊球聲響，使高爾夫球頭結構在變動最少下及尚未製作出時，便能預測球頭擊球聲響之聲音品質，以改善並設計出悅耳聲響之高爾夫球具。首先對一高爾夫球頭利用有限元素分析(Finite Element Analysis, FEA)及所發展之聲音模擬分析程式，對球頭結構作一設計變更，以探討球具之打擊聲響特性。首先利用ANSYS軟體對球頭建構限元素模型，進行模態分析求取球頭之自然頻率及模態振型，再利用聲音模擬分析程式擷取其聲音頻譜參數，包括聲音峰值頻率 、峰值頻率對應之振幅 及模態阻尼比 。引用田口法進行球頭厚度參數變更之振動模態特性分析，由改變球頭之有限元素模型，探討其模態參數之特性變化，並以聲音模擬分析程式確認改變之有限元素模型之打擊聲響。

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不同結構厚度高爾夫球頭之振動模態與聲音關聯性探討

        高爾夫球這項運動近年來是越來越多人開始接觸，在球頭的材質及設計的品質也逐漸的開始受到重視。然而結構的變化對高爾夫球的打擊及聲音之影響並不容忽視，因此在各種需求中，想開發新式球具的情形下，對高爾夫球頭的結構，找出其聲音與振動之關連性，應用在球頭之設計中，便能達到降低設計時所需花費的時間及成本。本文主要目的是對不同厚度結構之高爾夫球頭進行EMA，由EMA量測結果探討厚度對球頭振動模態之影響，進而探討球頭結構振動模態與聲音之關連性。本文對3個不同厚度之高爾夫球頭進行實驗模態分析(experimental modal analysis, EMA)，以求得其模態振動特性。藉此觀察這三個球頭結構變更，對球頭振動模態特性的影響，同時也以高爾夫球作為衝擊頭，撞擊球頭打擊面，並量測球頭之衝擊音，由各球頭之聲音頻譜圖，可觀察球頭結構變更時，各聲音峰值頻率與對應音量大小之差異，進而探討不同結構厚度之球頭衝擊聲音與振動模態的關聯性。

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高爾夫球具於不同邊界下之模態特性比較

        高爾夫球這項運動成為現代民眾喜歡的運動項目之一，為了在球場上有好成績，人們對球具的品質要求也越來越講究，以現代開發新式球具技術能製造出高品質的球具並非難事，以電腦輔助設計下減少了時間與成本，但對現代人而言高爾球具必須包含打擊性能佳及揮桿的舒適度甚至擊球聲音等，都是選購球具的參考因素。本文針對高爾夫球具於手握邊界與自由邊界狀況進行實驗模態分析，以求得球具的模態參數，包括自然頻率、模態振型、阻尼比，並作進一步的比較，找出兩種不同邊界所對應的模態，並由量測到的頻率響應函數(frequency response function, FRF)與高爾夫球具室外擊球聲音線性頻譜進行比較以了解其關聯性。未來可以應用手握邊界之實驗數據，建構手握邊界下之有限元素模型，以完成手握邊界之高爾夫球具模型驗證。

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應用振動與碰撞分析技術於高爾夫球桿之設計與開發

       本計劃旨在發展一套高爾夫球桿之球桿特性指標的評估模式與設計準則，並建立其標準分析作業流程。主要以有限元素分析軟體導入電腦輔助工程分析(CAE)技術建立理論分析模式，分別進行其理論模態分析求得結構之自然頻率與及其模態振型，以及簡諧響應分析以求得頻率響應函數。另外也將實際高爾夫球桿結構進行完整之實驗模態分析(EMA)，求得實際結構之模態參數，以作為理論分析模型驗證與認證之參考依據。完成模型驗證可確認分析模型之正確性，除探討高爾夫球桿結構振動特徵之物理意義，可作為設計變更之參考，也將結合CAE與EMA技術導入虛擬測試之整合設計理念，進而進行碰撞分析與球頭砲擊模擬，並求得不同邊界球桿之振動分析，對高爾夫球桿結構參數與材料性質對振動特性之影響，以進一步得到最佳之結構設計。同時也對高爾夫球桿進行擊球之聲音量測，嘗試以量化方式，定義較佳的高爾夫球桿聲音品質特性。

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高爾夫球具擊球聲音預測與球頭結構設計技術之發展

    高爾夫球具擊球聲音為消費者選購球具的重要因素之一，而擊球聲音與高爾夫球頭之結構參數以及其振動模態特性有相當的關聯性。本計劃旨在建立基於高爾夫球具擊球聲音品質之高爾夫球頭結構設計技術，並能實際開發設計基於擊球聲音品質之球頭結構。首先進行目標高爾夫球具之模型驗證，並探討振動性能指標，接著針對此目標球具進行結構振動與擊球聲音之關聯性之探討，以界定球具擊球聲音頻譜之特性，經由所建立之電腦輔助工程分析(CAE)技術，對球頭結構參數進行變更設計，分別進行模態分析求得球頭之振動模態參數，以及簡諧響應分析求得球頭結構系統之頻率響應函數，藉由本文所擬發展之球具擊球聲音之預測模式，可以由虛擬測試技術預測該球頭結構之擊球聲音特性，以評估球頭結構設計之適當性，本計劃發展之高爾夫球具擊球聲音預測虛擬測試技術，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。本計劃將可建立基於擊球聲音品質之球頭結構設計技術，有助於廠商因應市場需求之高爾夫球頭開發，以建立新概念之球頭結構設計。

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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