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《振動噪音科普專欄》「振動吸收器」(absorber)之工作原理

「振動吸收器」(absorber)之工作原理


有參觀過台北101大樓觀景台的風阻尼球(wind damper)嗎?(http://www.taipei-101.com.tw/observatory-damper.aspx) 本文將介紹「振動吸收器」(absorber)的工作原理,也是台北101風阻尼球的工作原理。

來自材料的「阻尼」是本身之能量消耗機制外,其實,也可以是外加於整體結構系統之型式,以達到「阻尼」的效果。「振動吸收器」就是外加於結構系統而能夠抑制振動的一種裝置。

台北101大樓在87樓到92樓之間,安裝了單擺型的振動吸收器,學術上稱為Tuned Mass Damper,簡稱TMD,中文翻譯為:調諧質量阻尼器。(http://web2.nmns.edu.tw/PubLib/NewsLetter/103/323/a-4.pdf)



先來看一下振動吸收器的工作原理,如影片中說明,假設原始的機器結構系統為單自由度系統,如果,機器在運轉中呈現高振動現象,機器的轉速頻率也就是外力激振頻率,很可能就是落在結構的自然頻率附近,因而造成了共振(resonance)的效應。

如圖示曲線圖,藍色曲線為單自由度系統的頻率響應函數(frequency response function, FRF),高峰值之對應頻率就是結構的自然頻率。也就是外力激振頻率接近於自然頻率時,FRF將呈現高峰值,而結構有振動大的現象

如果,無法變更該機器結構的隔振設計,一個方式就是加上振動吸收器,如圖示,為水藍色的小質塊及彈簧,此時,含振動吸收器的結構,則成為兩個()自由度系統,其數學模式如圖示。

吸收器的質量(ma)、彈簧常數(ka)、及阻尼係數(ca),需要適當設計,使得吸收器的自然頻率與原始結構系統的自然頻率相等,此時,含有吸收器的機器結構就變為雙自由度系統。此說自由度系統的頻率響應函數(FRF)如圖示綠色曲線,呈現兩個峰值,對應的就是結構的兩個自然頻率。

此振動吸收器的有效工作頻率範圍,就是綠色曲線(雙自由度系統 FRF)低於藍色曲線(單自由度系統FRF)的頻率區間。在原始結構自然頻率的轉速頻率下,有最佳的振動抑制效果,如圖示動畫,藍色的機器結構幾乎不動,而紅色的吸收器有大的振動,所以稱之為「振動吸收器」(absorber)

了解了以上機器系統上的振動吸收器之工作原理,我們再類比台北101大樓:
1.         一般結構的第一個振動模態主導了結構的主要振動響應,所以,台北101大樓可以以圖示的單自由度機器結構系統類比之。
2.         台北101的風阻尼球,相當於圖示中機器結構上方的吸收器,只是台北101的風阻尼球,是採用單擺型的設計,也相當於吸振器的單自由度系統假設。
3.         動畫中的藍色質塊,就相當於台北101大樓,而紅色質塊就相當於風阻尼球。

本文有關「振動吸收器」(absorber)的工作原理介紹,希望對您有幫助。

以上個人看法,請多指教!

王栢村

2017.06.14

【山衛科技】2017年07月19日 EURONCAP AEB 實車碰撞測試新標準 ABD 自動駕駛機器人的應用,敬邀參加


各位先進大家好,
   EuroNCAP 已經對2018 AEB 測試提出新的測試方法了, 這個機構經常性的透過英國 Thatchan 實驗室與ABD 合作, 共同開發了許多汽車道路行駛安全性測試標準與實驗方法, 提供給歐洲 EuroNCAP 當作新車安全性測試要求的標準及法規. 如ESC. AEB. ADAS等相關標準。
   本次研討會邀請了英國 ABD Mr. Klaus Weimert 來做演講及介紹. Klaus 在過去極力於汽車道路安全測試的相關系統開發、應用及銷售,顧問有數十年的經驗,現在加入了ABD團隊是一個加級的出發, 他本身能將其數十年的車輛相關測試方法,在會中與大家分享.
    本次研討會預定內容如下:
  • 1. ABD 自動駕駛機器人介紹
  • 2. OXTS RT 導航系統介紹
  • 3. EuroNCAP ESC. NHTSA FISHHOOK介紹
  • 4. EuroNCAP AEB 2018 新標準介紹
  • 5. ABD GST 應用於AEB 介紹
  • 6. Q&A

本次機會難得,並備有相關實際應用解說,歡迎各位先進蒞臨參加.指導!

展覽名稱: EuroNCAP AEB 實車碰撞測試新標準-ABD 自動駕駛機器人的應用
地  點:中興大學圖書館
時間:2017年7月19日(星期三)上午9時至下午4時30分。
           04- 2260 9958
            taichung@samwells.com

【基太克電子報】使用實驗方法量測結構的動剛性與質量

使用實驗方法量測結構的動剛性與質量
ISO 7626-1:2011 規範了使用實驗方式量測結構物的速度頻率響應(mobility)並從中估算結構物的動剛性(dynamic stiffness)與質量(mass)的方法。這種方法可以透過簡單的敲擊測試來估算複雜結構的剛性與質量,例如用在高科技廠房樓地板的剛性量測、工具機的動剛性量測,大型機組的基座剛性量測等應用上。
本公司的手提式分析儀impaq Elite在新版的FFT程式中,已經把ISO 7626-1所規範的測試方法內建於程式之中以方便使用者快速地檢閱資料。例如,當使用者以敲擊測試得到結構物的FRF時,只要按一個鍵,分析儀就會把以下四種函數顯示在同一個畫面之中,這四種函數分別是加速度頻率響應Inertance: 加速度/力量)、速度頻率響應mobility: 速度/力量)、位移頻率響應Compliance: 位移/力量)以及動剛性Stiffness: 力量/位移)。這些函數都可以個別放大顯示來做進一步的資料檢視。在每個函數圖中,也會以斜線或水平線標示柔度與質量的參考線,由此就可快速的檢視被測結構的柔度與質量之大約範圍。當然也可以用游標來讀取精確的數值。近期內我們就會在公司網站上發行此一新版軟體,凡是有購買FFT模組的用戶,都可以從我們的公司網站上做免費的下載與更新。

範例一:同時顯示四種頻率響應函數並標示柔度與質量的參考線
範例二:速度頻率響應(Mobility)圖與柔度、質量參考線
範例三:位移頻率響應(Compliance, 上圖)與動剛性(Stiffness, 下圖)
多點動平衡法
一般在現場做動平衡校正時,常會遇到一個問題,就是做完動平衡校正後,雖然量測點的振動值減小了,而其他點位的振動在校正完後減低有限,有時甚至反而變大。這是因為該一倍頻的振動可能不是動平衡造成的,或是耦合(couple)動平衡的問題卻以單平面的方式來校正的結果。要解決這種問題,可以考慮採用多點動平衡的技術來做校正。現在以下圖的例子作為範例來說明:
Case A:以A點的振動數值作為動平衡的校正依據,從圖中可以看出當A點的振動減小後,B點的振動卻減小有限。
Case B:反之以B點的振動數值作為動平衡的校正依據,從圖中可以看出當B點的振動減小後,A點的振動卻減小有限。
Case C同時把A點與B點的振動帶入動平衡參數的計算進行多點動平衡,其得到的結果是A點與B點的振動在校正完之後都同時有效的減小。
本公司的手提式分析儀impaq Elite  Fieldpaq II的動平衡套件,都支援多點動平衡的校正程序,最多可以同時使用四個振動點來進行單平面或雙平面的校正,欲進一步了解詳情,請洽詢本公司。

【活動報導】頻譜分析儀功能檢查與實務應用

2017619日振動噪音產學技術聯盟舉辦教育訓練課程,首先由中部據點聯盟計畫共同主持人黃宜正教授開場致詞,接著再由聯盟主席王栢村教授課,訓練主題為「頻譜分析儀功能檢查與實務應用」,教授如何檢查頻譜分析儀的功能、感測器的校正方法與簡介應用振動噪音量測系統的實務案例。王教授希望透過本課程,除了簡介頻譜分析儀功能檢查,也可引導學員未來的延伸自修,學會如何檢查實驗儀器與感測器的校正方法。
現今許多產品都有振動噪音的考量,需要進行實驗量測,工程師一般面臨的問題如儀器設備的選用、如何對儀器的功能進行檢查與如何校正感測器的靈敏度等等,王栢村教授在課堂中都一一介紹與闡述,並以王栢村教授以自身領導振動噪音實驗室所開發之聲音與振動量測系統(SVM)作為這次頻譜分析儀功能檢查方法之應用軟體,其檢查方法通用於任何一家廠商所產的頻譜分析儀,同時針對感測器之校正方法進行說明如加速規、麥克風與力感測器等。
藉由實際範例演示,讓學生能夠有更直接的感受,學生可瞭解頻譜分析儀功能檢查,同時對感測器的校正方法有初步的認知;課程規劃著重在基礎知識建立與頻譜分析儀實務範例,透過「頻譜分析儀功能檢查與實務應用」課程,對於頻譜分析儀的應用有初步概念。最後透過由聯盟主席王栢村教授與共同主持人黃宜正教授介紹振動噪音產學技術聯盟的目標,並期盼能夠振動噪音相關概念普及推廣至各個業界,希望學生畢業後也能將振動噪音相關的觀念與技能帶入業界,提高業界對振動與噪音的重視。

未來課程相關活動資訊請留意聯盟官網

活動花絮:
「頻譜分析儀功能檢查與實務應用」現場

黃家賢專員與學員互相討論、對頻譜分析儀與感測器意見交流