【振動噪音產學技術聯盟】網頁導覽影片
為提供訪客更多、更清楚的資訊，我們建立【振動噪音產學技術聯盟】網頁導覽影片，只要10分鐘的時間，快速為您介紹聯盟網頁架構、網頁內涵及如何應用，讓您多了解【振動噪音產學技術聯盟】網頁！
振動噪音產學技術聯盟
Facebook粉絲專頁
振動噪音產學聯盟總部實驗室
振動噪音實驗室
.jpg)
《振動噪音科普專欄》甚麼是「模型驗證」？
對於結構設計，不管是結構強度、低振動、低噪音的考慮，建立分析方法是重要的技術之一。常用的分析方法，採用有限元素分析(finite element analysis, FEA)，或是泛稱CAE電腦輔助工程分析(computer aided engineering, CAE)。
CAE軟體是常採用作為設計分析的工具，如何確保分析的正確性、可靠性，就需要實驗方法的驗證，那麼如何驗證呢？就是這個單元要討論的「模型驗證」(model verification, MV)。
甚麼是「模型驗證」？為什麼要做「模型驗證」？如何進行「模型驗證」？「模型」是甚麼？「驗證」如何進行？「模型驗證」要達到甚麼目標呢？怎樣才能達到「模型驗證」的目的？
要進行「模型驗證」，大概就是已有一個「實際結構」(real structure)，希望建立對應於「實際結構」的「分析模型」 (analytical model)，如果，採用CAE軟體進行FEA，就需要建構此實際結構的「有限元素模型」(finite element
model)，因此，「模型驗證」中的「模型」指的就是對應於實際結構的「分析模型」，也就是「有限元素模型」。如何建構「分析模型」、或「有限元素模型」，我們再另闢單元討論。
「模型驗證」的目的呢？就是在確認所建構的「分析模型」、或「有限元素模型」，能夠等效於(equivalent to)「實際結構」。怎樣才能夠判斷「等效」呢？就是本單元要探討的重點。
要判斷「有限元素模型」能夠「等效」於「實際結構」，可以從兩個角度來看：
1.
頻率域(frequency domain)：結構系統的頻率響應函數(frequency response function, FRF)。
2.
模態域(modal domain)：結構系統的模態參數(modal parameters)。
如果，由「實際結構」以及「分析模型」或「有限元素模型」，所分別得到的「頻率響應函數」及「模態參數」有一定程度的吻合，就可以說兩者是「等效」。
相關的基礎知識，可參閱先前單元：【系統方塊圖】、【甚麼是【實驗模態分析】？What is 'Experimental Modal Analysis' (EMA)？】、【如何量測得到結構的頻率響應函數？】、【甚麼是結構振動模態】。
所以，要進行「模型驗證」的步驟，參閱圖示：
1.
對「實際結構」進行「實驗模態分析」(EMA)：量測得到「實際結構」的FRF，進行曲線嵌合(curve fitting)，得到「實際結構」的「模態參數」，包括：自然頻率、模態振型、及模態阻尼比。
2.
對「分析模型」進行「有限元素分析」(FEA)：分析得到對應「實際結構」之「有限元素模型」的FRF以及模態參數。
3.
驗證比較：由FEA分析與EMA實驗分別得到的FRF以及模態參數，進行比較，如果相符，就達到「模型驗證」的目的，驗證了「分析模型」能夠「等效」於「實際結構」。
圖示的「實際結構」是一個圓盤形「鼓鈸」打擊樂器，「模型驗證」流程：
1.
進行EMA：可得到「實際結構」實驗的FRF，以及實驗的自然頻率與對應的模態振型。
2.
進行FEA：可得到由鼓鈸「有限元素模型」分析的FRF，以及分析的自然頻率與對應的模態振型。
3.
驗證比較：從FRF比對，以及自然頻率與對應模態振型比對，可以觀察兩者都相當吻合，所以達到「模型驗證」的需求。
本單元主要在闡述「模型驗證」的理念，綜合如下：
1.
甚麼是「模型驗證」？：驗證對應於「實際結構」所建立的「分析模型」的正確性。
2.
為什麼要做「模型驗證」？：確認「分析模型」能夠「等效」於「實際結構」。
3.
如何進行「模型驗證」？：分別進行EMA及FEA，分別求得「實際結構」與「分析模型」的FRF與模態參數，並驗證比較能夠相吻合。
4.
「模型」是甚麼？：對應於「實際結構」的「分析模型」，也可以是「有限元素模型」。
5.
「驗證」如何進行？：從「實際結構」與「分析模型」的FRF比對，以及自然頻率與對應模態振型比對，要觀察兩者都相當吻合，所以達到「模型驗證」的需求
6.
「模型驗證」要達到甚麼目標呢？：要觀察FRF以及自然頻率與對應模態振型，如果，「實際結構」與「分析模型」都相當吻合，就達到「模型驗證」的需求
7.
怎樣才能達到「模型驗證」的目的？：確認「分析模型」能夠「等效」於「實際結構」。
希望本單元對「模型驗證」的理念介紹，可以讓讀者對「模型驗證」的方法步驟及物理意義有進一步的了解與體會！
以上個人看法，請多指教！
王栢村
2018.07.27
《振動噪音科普專欄》如何解讀圓形環結構之模態振型？
每一個結構都有其模態參數，包括：自然頻率、模態振型、及模態阻尼比。先前多個單元看過矩形平板、圓形平板、銅鑼等結構。也有結構在自由邊界、以及固定邊界下的模態振型解讀。
另外，先前單元也討論過的不同結構形狀之模態振型的主題：【典型矩形平板模態振型之解讀】，【如何解讀典型圓形平板的模態振型？】，【如何解讀自由邊界圓形平板的模態振型？】，【銅鑼的「振動模態」如何解讀？】，讀者可以比較一下，與圓形環結構之模態振型的差異。
由圖示，這個圓形環結構，圓形環的半徑R=37.5mm，長度L=10mm，環的厚度t=1.2mm。如果，我們對此圓形環結構進行理論模態分析(theoretical modal
analysis)，可以得到結構的自然頻率以及模態振型。
由圖示或是影片動畫，可以看到此圓形環結構總共有7~30個模態，1~6的振動模態沒有顯示，是因為此圓形環結構為全自由邊界狀態，所以會有6個剛體模態(rigid
body mode)。圖示中顯示的都是圓形環結構的彈性體模態(elastic
body mode)，或稱為撓性體模態(flexible
body mode)。
由圖示，可發現此圓形環結構所有的模態都是：兩兩的自然頻率相同，而模態振型的物理意義，基本上也是相同，只是有相位角的差異，稱之為軸對稱模態(axisymmetric
mode)。在所顯示的30個模態中，並沒有非對稱模態(non-symmetric
mode)。
再深入解讀此圓形環結構的彈性體模態之模態振型，可以概分為2種模態振型之特徵：
1. 環模態(ring
mode)：由於是環形結構，可以如同圓形平板的圓週的θ方向模態；由長度方向，也可區別出z方向的模態，所以可以組合成(z, θ)的環模態。
2. 彎曲模態(bending
mode)：此圓形環結構，也有如自由平板的彎曲模態，如圖示第9及10個模態，分別是x y平面在z方向變形的彎曲模態。由於，有兩條節線，所以，標示為x&y=3的彎曲模態。
可以看出對此圓形環結構，環模態是其主要的振動模態特徵，如第1及2個模態，(z,θ)=(1,2)，在長度z方向，沒有節線(nodal
line)，所以標示z=1，在圓週θ方向，呈現橢圓形的振動形態，所以標示θ=2。餘此類推，可以觀察以及解讀出所有的(z,θ)環模態。
綜合以上討論，我們可以對此全自由邊界之圓形環結構的振動模態，總合說明其振動模態特性：
2.
第7個模態以上，都是彈性體模態，在前30個振動模態，可以發現其結構自然頻率，都有兩兩相等的特徵，可以區別出都是軸對稱模態。
3.
此圓形環結構，由結構模態振型的物理意義特徵，可以區分為2種模態特性：(1)環模態、(3)彎曲模態。
4.
(z,θ)的環模態是此圓形環結構的主要振動形態。
希望本單元對圓形環結構之模態振型的解讀與介紹，可以讓讀者對這種環形的結構振動型態有所了解與體會，同時在解讀結構「模態振型」的物理意義，以及實務上的應用與啟發有幫助！
以上個人看法，請多指教！
王栢村
2018.07.16
【聯盟教育訓練】建築樓板衝擊音隔音基準與緩衝材動態剛性量測評定方法 活動報導
2018年7月19日振動噪音產學技術聯盟舉辦一場【建築樓板衝擊音隔音基準與緩衝材動態剛性量測評定方法】教育訓練，主題主要因應我國建築法規之建築技術規則防音增修訂條文，新增緩衝材動態剛性之材料性能量測標準規定，其動態剛性為測定住宅隔音的參數之一；動態剛性可推算出樓板衝擊音穿透損失，後續應用於樓板設計與噪音分析。
課程分「建築物樓板衝擊音隔音基準及量測評定方式」、「建築浮動地板緩衝材之動態剛性量測方法(ISO9052-1)與隔音實務之應用」兩大主題來解說。首先邀請國立屏東科技大學林芳銘教授為我們解說「建築物樓板衝擊音隔音基準及量測評定方式」，介紹國內音環境相關政策推動過程以及源由，並詳細解說我國建築法規之相關規範，讓與會人員對樓板衝擊音隔音基準及評定方式有更熟悉更認識。第二場由振動噪音產學技術聯盟主席王栢村教授為我們解說「建築浮動地板緩衝材之動態剛性量測方法(ISO9052-1)與隔音實務之應用」，首先介紹我國建築法規之相關規範與ISO9052-1之簡介，根據ISO9052-1標準規定安裝於浮動樓板之下彈性材料動態剛性實驗室之量測方法，測得緩衝材之動態剛性。同時將緩衝材動態剛性測定所需的觀念與背景知識進行闡述，並以實務案例解說緩衝材動態剛性測定之程序，讓與會人員能藉此教育訓練熟悉動態緩衝材測定的操作及相關知識。
經過精彩的解說課程，讓與會人員更加深了解解我國建築法規之認知以及背景知識，也透過Q&A與綜合討論跟與會人員一同互動分享，使與會人員收穫滿滿。屏科大機械系振動噪音實驗室目前已有提供緩衝材動態剛性測定，有興趣的廠商或學者，歡迎與【振動噪音產學技術聯盟】聯繫。
活動花絮：
課程分「建築物樓板衝擊音隔音基準及量測評定方式」、「建築浮動地板緩衝材之動態剛性量測方法(ISO9052-1)與隔音實務之應用」兩大主題來解說。首先邀請國立屏東科技大學林芳銘教授為我們解說「建築物樓板衝擊音隔音基準及量測評定方式」，介紹國內音環境相關政策推動過程以及源由，並詳細解說我國建築法規之相關規範，讓與會人員對樓板衝擊音隔音基準及評定方式有更熟悉更認識。第二場由振動噪音產學技術聯盟主席王栢村教授為我們解說「建築浮動地板緩衝材之動態剛性量測方法(ISO9052-1)與隔音實務之應用」，首先介紹我國建築法規之相關規範與ISO9052-1之簡介，根據ISO9052-1標準規定安裝於浮動樓板之下彈性材料動態剛性實驗室之量測方法，測得緩衝材之動態剛性。同時將緩衝材動態剛性測定所需的觀念與背景知識進行闡述，並以實務案例解說緩衝材動態剛性測定之程序，讓與會人員能藉此教育訓練熟悉動態緩衝材測定的操作及相關知識。
經過精彩的解說課程，讓與會人員更加深了解解我國建築法規之認知以及背景知識，也透過Q&A與綜合討論跟與會人員一同互動分享，使與會人員收穫滿滿。屏科大機械系振動噪音實驗室目前已有提供緩衝材動態剛性測定，有興趣的廠商或學者，歡迎與【振動噪音產學技術聯盟】聯繫。
活動花絮：
