【振動噪音產學技術聯盟】網頁導覽影片

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振動噪音產學技術聯盟

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柴油引擎振噪仿真模擬技術探討


       隨著生活品質的提高,機械的振動與噪音問題越是受人們重視。本研究引擎為ISUZU-UM4BD1 漁船用四缸四行程柴油引擎,其特點為低轉速高扭力。造成引擎振動的主要原因來自機構運轉不平衡與旋轉慣性;而機構運轉不平衡或異常或磨損則可產生噪音。本研究量測引擎振動與噪音訊號,透過快速傅立葉轉換與階次地圖與階次追蹤法針對各項變轉速因子逐一分析,並結合逆向掃描建模進行有限元素聲振耦合分析,以及化學燃燒模擬,以此逐一釐清造成振動與噪音的主要來源,達到仿真模擬預測。
實驗室主持人:蕭俊祥教授
連絡信箱:leech@ntut.edu.tw 

【振動噪音產學技術聯盟】舉辦「108年度第1次聯盟推動委員會議」活動報導

(2019/02/25聯盟專員林谷樺撰)
【振動噪音產學技術聯盟】108年度第1次聯盟推動委員會議於2019/02/25(星期一)假高鐵新左營站莫凡彼咖啡館舉辦,由本計畫主持人兼聯盟主席王栢村教授主持,推動委員會成員包括4位共同主持人:北部據點召集人(北科大)蕭俊祥教授、中部據點召集人(彰師大)黃宜正教授、南部據點召集人(高苑科大)夏紹毅教授、(正修科大)黃柏文教授、執行委員頡創公司鄭錦文總經理及北部據點 (北科大)黃于誠助理等,於推動委員會議中,討論聯盟未來推動事項與目標。

聯盟主席王栢村教授衷心感謝各位據點召集人去(2018)年對聯盟運作的大力支援與協助,辦理多場次的活動,及提供廠商會員多元化服務,有良好的成果,才促使今(2019)年再次獲得科技部第二期第三年補助!未來仍請各委員不吝指教,共同耕耘「振動噪音產學技術聯盟」的宏觀願景。

會議首先進行討論今(2019)年運作規劃,並同時回顧去年(2018)執行概況,經歷5年科技部補助之計畫,已建立聯盟運作機制與工作流程,未來將持續秉持聯盟宗旨【服務、創新、深耕、傳承】,提供振動噪音專業之人才培育、技術交流等願景,及達成今(2019)年度目標。執行策略同以往,規畫辦理2場【振動噪音實驗與分析技術研討會】、及辦理多場次的教育訓練,廣邀各界先進的支持及參與,透過活動辦理推廣聯盟,以期開發潛在會員廠商,促進產學合作交流機會。

聯盟會員服務依循往年模式,廣邀學術界先進與法人單位加入,作為聯盟產學服務之儲備能量。E類會員之服務,除了聯盟轉載技術文章/電子報的形象行銷,總部(2019)年循歷年模式,規劃辦理2【振動噪音實驗與分析技術研討會】,邀請產官學界的專家學者共同主講,同時讓E類設備廠商可採設攤或主講方式做產品/技術發表,以媒介設備端廠商與應用端廠商/學研會員/法人單位互動交流,期待可解決應用端廠商設備需求及設備端廠商產品銷售。針對於應用端廠商之A類會員,聯盟將持續提供應用端廠商產學輔導,提供超值諮詢/訪廠/教育訓練服務。在教育訓練課程上,聯盟(2019)規劃辦理多場次免費專題演講與教育訓練,講解產業熱門議題與實務所需的技能,期許協助培育振動噪音領域專業人才!

聯盟以資訊轉運站自我期許,現今聯盟官方網站瀏覽人次即將朝30萬人次邁進,會中王栢村主席亦向委員邀請,共同提升聯盟研發能量專區的技術文章與可技轉技術能量,歡迎委員惠賜技術文章,讓聯盟彙集振動噪音領域的最新研發技術,透過聯盟官方網頁/臉書/電子報等資訊平台發布,以增進振動噪音領域技術流通!

【振動噪音產學技術聯盟】將持續提供多元化的服務項目及提升服務品質,以期協助廠商會員因應產業變動與挑戰,而各界先進給予的建議與需求,聯盟將即時檢討、改善,秉持【企業需求導向、客制化專業服務】來推動聯盟之發展,期許未來各界先進能繼續給予聯盟支持與指導!



《振動噪音科普專欄》從打擊樂器談系統方塊圖之P-test及R-test



這個單元來看的是,從打擊樂器談系統方塊圖之P-TestR-Test,其中,甚麼是系統方塊圖」?甚麼是「P-Test」?「R-Test」?又為什麼要從「打擊樂器」來看呢?

在先前單元:甚麼是ISOSPR】、【系統方塊圖】、【結構系統之振動模擬分析:問題定義的F-GMBI-R都是與「系統方塊圖」相關的主題,在振動噪音的解析,不管是採用數值分析方法,或是實驗量測,SPRISO的系統方塊圖,是系統化思維的有利工具與理念。

本單元主題提出「P-Test」及「R-Test」兩個名詞,如果,由SPR系統方塊圖,就知道P-Test是路徑測試Path test,而R-Test就是響應測試Response test。這兩種測試有何差別?物理意義、實務應用上有差異嗎?振動噪音的解析,是要進行哪一種測試?「P-Test」或是「R-Test」?

首先,由ISOSPR的角度來看系統方塊圖(system block diagram),再來談【F-GMBI-R】:

1.          ISOInputSystemOutput,分別是:輸入、系統、輸出,如圖示,典型的ISO輸入輸出之系統方塊圖。
2.          SPRSourcePathResponse,分別是:激振源、路徑、響應。其中,R也有以Receiver接受者來表示。如果是振動噪音議題,Source也就是系統之振動噪音的激振源(excitation source)Path路徑呢?以圖示鼓鈸打擊樂器來看,路徑(Path)又可以區別為:(1)結構路徑(structural path)、及(2)空氣路徑(air path)Response響應來看呢?結構路徑上會有振動響應,鼓鈸結構,受到敲擊力的激振源,使得結構產生振動,進而,透過空氣路徑,由大氣壓力的波動,人耳可以感知所散發的聲音。
3.          F-GMBI-R:由圖示,可知負荷(Force)代表的是輸入(Input)、激振源(Source)GMBI就是系統資訊,分別是幾何(Geometry)、材料(Material)、邊界(Boundary)、接觸介面(Interface)R就是系統的輸出(Output)、響應(Response)

針對SPR系統方塊圖,由圖示的鼓鈸打擊樂器為例,從敲擊鼓鈸結構、引發結構振動、到發出聲音的過程,路徑(Path)又可以區別為:(1)結構路徑(structural path)、及(2)空氣路徑(air path)

由鼓鈸敲擊後的振動與聲音輻射(sound radiation),可解構出結構路徑空氣路徑的概念,這就是本單元取打擊樂器做舉例說明的原因。接著,我們再來看甚麼是R-TestP-Test

1.      R-Test for sound,聲音響應的量測:以鼓鈸來說,不管是使用甚麼樣的鼓棒、或是不同的力道、或是不同的敲擊位置,也就是忽略了輸入源的監測,而只是量測了聲音的響應,這就是R-Test for sound。通常採用麥克風(microphone)感測器【如何進行「麥克風」校正?,可以量測聲音壓力p(t)。需要注意,不同的麥克風位置與指向,量測到的聲音壓力是有差異的,因此,以pk(t)代表量測的聲音壓力時間歷程,而k係指麥克風的位置。
2.      R-Test for vibration,振動響應的量測:以鼓鈸結構為例,也可以使用加速度規(accelerometer) 如何進行「加速規」校正?】,安置在鼓鈸結構上,就可量測結構的加速度響應ai(t),其中,i係指加速度規的位置與量測方向。當進行R-Test時,是忽略輸入源的量測,僅就響應訊號進行解析。在實務上,輸入源並不容易取得,進行R-Test是了解系統響應的不二法門。
3.      S-Test,激振力的量測:如果敲擊鼓鈸時,採用如圖示可量測到外力的衝擊鎚(impact hammer),因為有力傳感器(force transducer),所以,可量測到fj(t),衝擊力的時間歷程信號,其中,j係指外力的位置與方向。這就是Source Test輸入源的激振力量測。
4.      P-Test for Structure結構路徑測試:如果,都進行了S-TestR-Test for Vibration,即可分別量測到fj(t)ai(t),那麼就可由頻譜分析儀,取得加速度與外力的頻率響應函數Hai,fj(f)H(f)泛指頻率響應函數(frequency response function, FRF),其中,ai fj分別代表了加速度在i及外力在j的位置與方向。取得加速度除以力的頻率響應函數,是進行實驗模態分析(experimental modal analysis, EMA)的首要步驟,其次,就可由量測的FRF,做曲線嵌合(curve fitting)後處理,取得結構的模態參數。甚麼是【實驗模態分析】?What is 'Experimental Modal Analysis' (EMA)
5.      P-Test for Air-Structure結構與空氣路徑測試:如果,取得S-Testfj(t),以及R-Test for Soundpk(t),則可針對結構與空氣耦合系統的路徑,取得其聲音壓力與外力之間的頻率響應函數Hpk,fj(f)。在此結構與空氣系統的FRF是聲音壓力除以外力,與前項結構系統的FRF是加速度除以外力,兩者的物理意義是不同的。

這個單元在討論R-Test for Sound或是R-Test for Vibration,也就是忽略了輸入源激振力的量測,可以了解系統輸出的響應特性。又,如果可以執行S-Test,取得輸入源的激振力信號,就可以取得輸入與輸出信號之間的頻率響應函數,這就P-Test的理念。可分別得到:(1)結構路徑的FRF(2)空氣路徑的FRF,以及(3)結構與空氣耦合系統路徑的FRF

R-TestP-Test是從實驗量測的方式,了解如鼓鈸打擊樂器的振動與聲音特性,以及其結構與空氣路徑的關係。當然,也可以從模擬分析的方法,進行對應的R-AnalysisP-Analysis。由系統角度來看,又可區別兩種分析,結構系統的P-AnalysisR-Analysis,以及結構與空氣耦合系統的P-AnalysisR-Analysis。此兩種系統的分析,前者僅考慮結構,後者則是包含空氣與結構的耦合效應,我們再另闢單元討論。

這個單元介紹的重點,在由SPR系統方塊圖的角度,說明R-Test for SoundR-Test for Vibration,以及P-Test for StructureP-Test for Air-Structure的理念。希望由此鼓鈸打擊樂器的案例探討,讀者能夠區別R-Test」及「P-Test」的差異。

以上個人看法,請多指教!

王栢村
2019.02.12


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