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振動噪音產學技術聯盟

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【活動報導】中華民國振動與噪音工程學會第13屆第2次會員大會暨第27屆學術研討會



中華民國振動與噪音工程學會】於2019622日假桃園中原大學辦理「中華民國振動與噪音工程學會第13屆第2次會員大會暨第27屆學術研討會」首先由中原大學電資學院繆紹綱院長代表致歡迎詞,隨後由學會理事長白明憲教授致詞與介紹貴賓,再由涂聰賢秘書長進行學會會務報告,本研討會邀請前新加坡南洋理工大學機械工程學院(現成功大學客座講座教授)林石甫院長、日本關西大學教授梶川嘉延(Yoshinobu Kajikawa)博士進行專題演講,主題分別為「提升台灣的工業技術 - 要靠誰?」及「Recent Trends on Active Noise Control」;隨後安排產學論壇,主題為【人工智慧與工業 4.0 在振
動噪音控制的應用契機】,邀請工研院機械與機電系統研究所周大鑫博士、國立屏東科技大學振動噪音產學技術聯盟王栢村教授,2位具豐富經驗的學者專家分享看法,會中和來賓互動甚多,場外也邀請多家專業廠商設攤,展示前瞻新穎之振動與噪音工程量測與檢驗技術設備,下午時段安排多場論文發表與研討,當日專家學者共同研議振動噪音技術的產學合作、技術新知與人才培育等多項議題,場面相當熱絡。

下午時段同步舉行論文口頭報告與經驗分享討論,首先由王栢村教授簡介【2019第一屆瑞智盃「聲音分析」創意競賽】,此競賽為聯盟首次辦理,歡迎各位先進參加,論文口頭發表各場次主題包括:A.機器振動與噪音監測、診斷與防治B.結構聲學與振動C.社區與環境之振動與噪音D.振動與噪音控制E.振動噪音與工業安全衛生F.隔震與消能技術G.微機電設計與震動H.其他與振動噪音相關研究…等。

【振動噪音產學技術聯盟】聯盟主席-王栢村教授所帶領的專題生榮獲兩篇佳作論文,論文名稱為「小提琴之實驗模態分析與振動模態特性探討」及「組件模態合成法於壓縮機及管路系統之振動分析」;並指導一位碩士生及六位大學生總共分別發表了三篇論文:(1) 小提琴之實驗模態分析與振動模態特性探討、(2) 組件模態合成法於壓縮機及管路系統之振動分析、(3)樑結構受隨機外力之頻譜響應分析。

本研討會亦邀請振動噪音領域之儀器設備廠商共襄盛舉,【振動噪音產學技術聯盟】在會場透過電腦簡報與專員口頭介紹聯盟經營運作,現場實際操作聯盟可技轉技術【客製化振動噪音量測系統(SVM)】,並於會場內拜訪聯盟會員及廠商,包括:【E02山衛科技股份有限公司】、【E03基太克國際股份有限公司】、【皮托科技股份有限公司】、【華新工程顧問有限公司】等,交流振動噪音領域之儀器設備新知與技術。聯盟期盼透過聯盟能整合產官學界在振動噪音技術的資源和經驗,協助產業界解決產品振動噪音問題,最終提升我國產品品質及國際競爭力。

中華民國振動與噪音工程學會第13屆第2次會員大會暨第27屆學術研討會順利圓滿閉幕。

活動花絮:

王栢村教授所帶領的研究生榮獲佳作論文

振動噪音產學技術聯盟王栢村主席介紹「瑞智盃」聲音分析創意競賽

佳作論文,論文名稱為「小提琴之實驗模態分析與振動模態特性探討」

振動噪音產學技術聯盟王栢村主席演講「從工業4.0看振動噪音技術在產業的應用」

振動噪音產學技術聯盟專員及與會人員互動






《振動噪音科普專欄》木琴條發聲物理機制和振動模態的關係?



這個單元來看的主題:木琴條發聲物理機制和振動模態的關係?」,首先,從主題拆開每個「關鍵詞」來看:「木琴條」、「發聲」、「物理機制」、「振動模態」、「關係?」。

1.          木琴條」:是典型打擊樂器「木琴(xylophone)的其中一根「木琴條」(wooden bar)
2.          發聲」:聲音如何產生?讀者可參考:【聲音怎麼產生?】。
3.          物理機制」:「木琴條」的發聲「物理機制」呢?讀者可參考,【鐵琴片的發聲機制?】、【銅鐘的振動模態和發聲物理機制有關嗎?】。
4.          振動模態」:每一個結構都有其「振動模態」。讀者可參考:【甚麼是結構振動模態】。
5.          關係?」:如何確認「發聲物理機制」和「振動模態」的相關性呢?

要確認「木琴條」的「發聲機制」和「木琴條」的「振動模態」相關性之前,先對木琴條的敲擊聲音進行「量測」及聲音的「頻譜分析」,概述如下:

1.          木琴條的敲擊聲音「量測」:取木琴的其中一根「木琴條」,模仿實際的擊奏敲擊方式,敲擊在「木琴條」的中間位置,以「麥克風」架設如圖示,量測「聲音壓力」的信號。如何量測敲擊聲音,可參考:【典型的振動噪音量測信號之物理量是甚麼?】。
2.          「聲音壓力」信號的「頻譜分析」:當取得敲擊聲音的「時間域波形信號p(t),進行「頻譜分析」【對一個信號進行頻譜分析,可以得到甚麼?】,可以得到如圖示的「聲音頻譜圖」Gpp(f),可觀察得知:(1)3個主要的「峰值頻率」。(2)第一個「峰值頻率」是「基音頻率(fundamental frequency),可以判斷是該「木琴條」的「音階頻率」。(3)其他的「峰值頻率」稱為「泛音頻率(overtone frequencies),也就是組成「木琴條」發出聲音的「音色(timbre)

完成了敲擊聲音「量測」及「頻譜分析」,可以知道「木琴條」的「聲音頻譜」,和「基音」及「泛音」之頻譜特徵。這個單元的目標就是去了解「木琴條」的「基音」及「泛音」之「發聲物理機制」,透過「虛實整合分析」,也就是現今「工業4.0」提到的CPS (Cyber Physical System),亦即「虛實整合系統」的應用,說明如下:

1.          「虛」:就是CPS中的Cyber,也就是「電腦相關」的「數位化模型」(digital model)。在本案例,係採用「有限元素分析(finite element analysis, FEA),建立了「」的木琴條「分析模型」,分別進行了木琴條結構的「模態分析」,可以得到木琴條的「模態參數」,以及「簡諧響應分析」可以得到木琴條的「頻率響應函數」。
2.          「實」:就是CPS中的Physical,也就是實際的「結構系統」,在此指的就是「木琴條」的實體結構。可以對「」的「木琴條」進行「實驗模態分析(experimental modal analysis, EMA),其實驗架構如圖示,採用「衝擊鎚」對懸吊的「木琴條」在「自由邊界(free boundary)狀態下,進行敲擊並量測施加的外力,以「加速度規」量測「木琴條」的振動響應,可以量測得到結構的「加速度」與「外力」之間的「頻率響應函數(frequency response function, FRF),進而由「曲線嵌合(curve fitting)擷取得到木琴條的「模態參數」,就是木琴條的「振動模態」。

當分別完成「」的「木琴條」FEA分析,以及「」的「木琴條」EMA實驗,在「虛實整合系統CPS的應用過程,可以由兩個角度,進行「」的分析和「」的實驗之比較驗證:

1.          「頻率域」之「頻率響應函數」:參閱圖示的「頻率響應函數FRF,可以觀察由FEA分析及EMA實驗取得的FRF,在趨勢及量值上有良好的對應,表示「」的分析「等效」於「」的實驗量測,重要的意義是,這個「」的「木琴條」FEA分析模型,可應用到未來的「設計變更(design modification, DM),將另闢單元討論。同時,可觀察FRF的曲線有多個「峰值頻率」,就是此木琴條的「自然頻率」。
2.          「模態域」之「振動模態」:在FRF曲線上的每個「峰值頻率」,也就是此木琴條的「自然頻率」,如圖示都有其對應的「模態振型」。在「自然頻率」及「模態振型」表格中,有對應的「自然頻率」數值及「模態振型」的物理意義,以(x,y)標註。其中,與敲擊聲音相關的「振動模態」是F-01 (3,1)=269.9HzF-05 (5,1)=1839.9HzF-11 (7,1)=4367.6Hz。參閱「聲音頻譜」圖示,可發現:「基音」對應的是F-01(3,1)振動模態」,而兩個「泛音」對應的是F-05(5,1)F-11(7,1)振動模態」。

為什麼「木琴條」有這麼多個「振動模態」,而只有F-01(3,1)F-05(5,1)、及F-11(7,1)3個「振動模態」會發出聲音呢?關鍵就在「敲擊位置」是在「木琴條」的「正中央」,解釋說明如下:

1.          觀察「聲音頻譜」圖示中,EMA模態振型」的動畫,可以看出「木琴條」在「中央位置」,是F-01(3,1)F-05(5,1)、及F-11(7,1)3個「振動模態」的「模態振型」之最大響應位置。
2.          而「木琴條」在「中央位置」」對於其他的「振動模態」,恰好都是「節點(nodal point),也就是「木琴條」振動狀態中的「不動點」。
3.          因此,敲擊「木琴條」在此「中央位置」只會激發出F-01(3,1)F-05(5,1)、及F-11(7,1)3個「振動模態」,進而發出這3個「振動模態」的「自然頻率」之聲音。

綜合一下本單元如何探討「木琴條發聲物理機制和振動模態的關係?」,方法步驟說明如下:

1.          進行木琴條的敲擊聲音「量測」「聲音壓力」的信號
2.          對「聲音壓力」信號進行「頻譜分析」,得到「聲音頻譜圖」
3.          進行「虛」的「木琴條」FEA分析,得到理論的「頻率響應函數」,以及「自然頻率」和「模態振型」。
4.          進行「實」的「木琴條」EMA實驗,也得到實際結構的「頻率響應函數」,以及「自然頻率」和「模態振型」。
5.          透過「虛實整合分析」,比較探討FEAEMA取得之「頻率響應函數」及其「峰值頻率」特徵,辨識了解「木琴條」的「自然頻率」。
6.          再進一步解讀「木琴條」的「模態振型」物理意義,重要的有F-01(3,1)F-05(5,1)、及F-11(7,1)3個「振動模態」。
7.          最後,比較「木琴條」的「自然頻率」和「聲音頻譜圖」的「峰值頻率」相對應,可以確認敲擊「木琴條」在此「中央位置」只會激發出F-01(3,1)F-05(5,1)、及F-11(7,1)3個「振動模態」,進而發出這3個「振動模態」的「自然頻率」之聲音。

這個單元從「虛實整合系統CPS之應用,探討了「木琴條」之「發聲物理機制」和「振動模態」的關係。希望由本單元的探討,讀者能夠進一步了解木琴條敲擊發出聲音的「物理機制現象解讀。

以上個人看法,請多指教!

王栢村
2019.05.28








【如何指導學生參加科展?應用「聲音量測分析」為例】


【如何指導學生參加科展?應用「聲音量測分析」為例】 

一、說明: 
聲音已是生活中不可或缺的科普知識,為您規劃如何指導學生參加科展?應用「聲音量測分析」為例,提供簡潔有效率的聲音量測技術與聲音之基礎知識,兼顧學理的教學需求及產業界的實務應用,歡迎參加。
  • 活動時間:108年06月29日 (六) 10:00~17:00 
  • 活動地點:國立屏東科技大學 機械工程系 ME207電腦教室 
  • 活動人數:45人
  • 活動費用:免費參加
二、 教學內容:
  • 聲音基礎概念 
  • SM聲音量測模組介紹 
  • SM軟體安裝及使用 
  • SM軟體實務應用 
  • SM軟體量測 
三、 報名方式:線上報名
※ 報名截止日期:108年06月27日(四) ※
※ 報名以高中職教師優先參加,請盡早報名參加,以免向隅 ※

※ 聯盟將在活動截止日信件通知報名成功與否,以本聯盟通知信件為主,請多留意本聯盟信件 ※

四、指導單位:教育部、科技部

五、主辦單位:國立屏東科技大學機械工程系【振動噪音產學技術聯盟】

六、協辦單位:
國立臺北科技大學、國立彰化師範大學、正修科技大學、高苑科技大學、中華民國振動與噪音工程學會、台灣聲學學會

七、活動議程:

八、相關活動推廣 ─【2019第1屆瑞智盃「聲音分析」創意競賽】



今年度聯盟首次辦理【2019第1屆瑞智盃「聲音分析」創意競賽】敬邀老師/學生團隊,參加競賽!
網頁資訊如下:(https://reurl.cc/5aGQz)
線上報名:(https://reurl.cc/AD1vY)






活動聯絡人:林谷樺專員、邱閔榆專員 (08)770-3202#7036


【活動報導】ISO 18436-2 CAT II國際振動分析師認證課程



20186月振動噪音產學技術聯盟(AITA/NVH),與Mobius Institute正式簽約成為授權的培訓夥伴,並於20190610-14日開起第二場【ISO 18436-2 CAT II國際振動分析師】培訓及認證課程,為台灣第一家由Mobius Institute授權開課認證機構。

課程為期四天半,最後半天考試,共有12個主題如下
1.      Principles of vibration振動原理
2.      Data acquisition數據採集
3.      Signal processing信號處理
4.      Condition monitoring狀態監測
5.      Fault analysis故障分析
6.      Corrective action矯正措施
7.      Equipment knowledge設備知識
8.      Acceptance testing驗收測試
9.      Equipment testing and diagnostics設備測試和診斷
10.  Reference standards參考標準
11.  Reporting and documentation報告和文件
12.  Fault severity determination判斷故障嚴重性

聯盟請到Mobius認證合格講師,馮騰峻先生為我們進行五天的課程訓練,第一天課程首先說明振動原理、信號處理以及時域波形分析;第二天課程主要介紹Data取得、分析過程與平衡旋轉機械、診斷不平衡;第三天課程將不對心、軸彎曲、軸承偏翹、如何軸對中、皮帶傳動分析、機械鬆動做一個詳細的解說;第四天課程說明滾動軸程、電動機、齒輪箱、泵、風機和壓縮機的振動分析;第五天課程,講師利用實際案例解說自然頻率與共振,並指導如何設置警報限及進行接受度測試。
第五天的下半天,進行振動分析師的認證考試,讓課程學員藉此成為一名合格的振動分析師。

經過精彩的認證課程訓練,讓學員學習到,如何成為「分析振動數據以檢測和診斷故障的人」,也透過課堂Q&A與綜合討論,課程學員與講師一同互動分享,使學員收穫滿滿。歡迎有興趣的廠商或學者與【振動噪音產學技術聯盟】聯繫。

活動花絮:

馮騰峻 講師 ISO 18436-2 國際振動分析師課程】講解

馮騰峻 講師 ISO 18436-2 國際振動分析師課程】講解

馮騰峻講師與學員大合照