簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 張明章
Chang, Ming-chang
論文名稱: 高頻彈性剪力波於平板反射聚焦效應之研究
Effect of High-Frequency Elastic Shearwave Emitted on the Plate with Blocker
指導教授: 胡宣德
Hu, Hsuan-teh
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 130
中文關鍵詞: 高頻平面剪力波超音波輔助焊接殘留應力消除反射聚焦
外文關鍵詞: Ultrasonic vibration, welding, residue stress release
相關次數: 點閱:70下載:1
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 平板高頻彈性剪力波在銲接與常溫材料殘留應力消除等等應用方面極具發展的前景。然而其振動能量隨距離發散與高功率超音波致動元件價格昂貴等問題,經常導致高頻彈性剪力波應用上的限制。因此如何避免能量發散以節約超音波致動元件功率始終困擾研究者。故本研究之主要目的在於發展一確實有效的方法將平板高頻彈性剪力波能量聚焦於特定範圍,以避免振動能量發散導致功率散失現象產生。本研究中利用有限元素方法模擬平板高頻彈性剪力波的行為,並成功地應用固定於平板上特定形狀之反射體將振動能量聚焦於設定位置。研究所使用之有限元素分析軟體為ABACUS,變化之參數為:反射體幾何形狀、波長變化、以及激發頻率變化等等。根據研究結果顯示反射體形狀以橢圓形最佳,當振動施力於一焦點時,另一焦點會產生極佳的聚焦效果。拋物線聚焦效果較差。同時,激發振動之外力形式以正弦波最佳,方波與衝擊波均會使聚焦效應降低。研究中亦比較頻率與波長偏離正確之波長時,聚焦效應之變化。結果顯示橢圓形反射體聚焦效應十分穩定,既使波長為正確波長之7.1倍仍可在焦點上產生400倍於無反射體聚焦時的能量。

    High frequency shear wave on a flat plate can be an advance approach to improve the structure on the weld and release the residue stress of a machine part. However, the energy of the high frequency wave decays rapidly with increasing distance form the acting point of vibration actuator. Hence, how to transport the vibration energy to a given location is a problem needed to be solved.
    The purpose of this research was to develop an effective method to focus the energy of plane shear wave at a pre-defined position on a flat plate. The behaviors of the high frequency (20kHz) plane shear wave were simulated by finite element analysis (ABACUS). The results show that a fixed reflector can focus the energy to a given location very will. The elliptic reflector focuses the wave energy best than the reflectors with other geometries. The sinusoidal simulation force gives the maximum energy density at the focus, while the rectangular and pulsed force give less energy. The results show the focusing effect by the elliptic reflector is very robust. Even the reflector is designed for a wave length of 7.1 times greater than the true wave length, the energy density at the focus still can be 400 times greater than that of a plate without the reflector.

    中文摘要 I 英文摘要 II 致謝 III 目錄 IV 圖目錄 VIII 符號說明 XIV 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 文獻回顧 2 1.3 本章架構 4 第二章 銲接 5 2.1 銲接定義 5 2.2 銲接史 5 2.3 銲接對金屬之影響 6 2.4 銲接種類 7 2.5 金屬生成過程與銲接冶金 9 2.5.1 金屬晶粒與結晶構造 9 2.5.2 銲接冶金 10 2.6 銲接缺陷原因與對策 12 2.6.1 銲道不良 12 2.6.2 龜裂 13 2.6.3 銲件變形 15 2.7 振動消除內應力 17 2.7.1 振動法 18 第三章 理論推導與驗證 20 3.1 薄板微小變形的假設 20 3.2 變形諧和條件 21 3.2.1 位移與應變關係式 21 3.2.2 曲率與應變關係式 22 3.2.3 應力與應力的合力與力平衡條件 23 3.2.4 力與位移關係式 25 3.2.5 薄板變形之控制方程式 26 3.2.6 薄板受振動外力之動態反應 29 3.3 ABAQUS模擬分析 30 3.3.1 ABAQUS動態分析 30 3.3.2 數值分析 32 3.3.2.1 步態函數(step functions)均佈力之理論分析 32 3.3.2.2步態函數均佈力之ABAQUS模擬 33 3.3.2.3 週期均佈力之理論分析 34 3.3.2.4 週期均佈力ABAQUS模擬 35 第四章 數值模型之建立與分析 38 4.1 元素介紹 38 4.2阻隔物(Blocker)之設計 39 4.2.1 阻隔物之形狀 39 4.2.2 阻隔物之尺寸 39 4.3.1數值模擬 43 4.3.2模型之元素 43 4.3.3元素大小之收斂性分析 44 4.3.4 阻隔物厚度之影響 45 4.4 不同類型、尺寸之橢圓形組隔物分析 46 4.4.1 橢圓形狀阻隔物之分析結果 46 4.5 拋物線形狀阻隔物之分析 50 4.5.1 拋物線形狀阻隔物之模型元素 50 4.5.2 拋物線形狀阻隔物之分析結果 51 4.6 改變外力頻率之分析 52 4.7 不同類型佈外力 53 4.7.1方波外力之傅立葉級數轉換 53 4.7.2 方波均佈外力之數值分析 55 4.7.3 半正弦分佈外力之分析 56 第五章 結論與建議 58 5.1 結論 58 5.2 建議 60 參考文獻 61 附圖 63 附錄 120 附錄A 121 附錄B 123 自述 130

    Adoyan, G., "The Vibratory Stress Relieving of Castings", Machinesand Tooling, Vol. 38, No. 8, pp. 18-22, 1967.
    August, G. H. Jr., "Subresonant Vibrations Relieve Residual Stress ", Metal Progress, Vol. 128, No. 6, pp. 51-55, 1985.
    Buhler, H. and Pfalzgraf, H. G., "Investigations Into the Reduction of Residual Welding Stresses by Alternating Stress Tests or Mechanical Vibration", Inst. of Machine Tools and Shaping Technology of the University, Hanover. Schweisse und Schreiden, Vol. 16, No. 5, 1964.
    Buhler, H. and Pfalzgraf, H. G., "Discussion on the Reduction of Residual Stresses inWorkpieces Made of Cast Iron", Weristati und Betrieb, No. 2, pp. 36-43, 1964.
    Buhler, H. and Pfalzgraf, H. G., "Relief of Casting Stresses by Jotting :Part 1", Foundry Trade Journal, Vol. 118, pp. 567-569, 1965.
    Cook, R. D., Malkus, D. S., Plesha, M. E. and Witt, R. J., Concepts and Applications of Finite Element Analysis, Fourth Edition, John Wiley & Sons Inc., 2002.
    Dai, W. L., "Effects of High-intensity Ultrasonic-Wave Emission on the Weldability of Aluminum Alloy 7075-T6", Material Letters, Vol. 57, pp. 2447-2454, 2003.
    Dawson, R. and Moffat, D. G., "Vibratory Stress Relief : A Fundamental Study of Its Effectiveness", Journal of Engineering Materials and Technology, Vol. 102, pp.169-176, April, 1980.
    Graff, K. F., Wave Motion in Elastic Solid, Oxford University Press., pp. 2-236, 1975.
    Enke, E., "Stress Relieven by Vibration", Maschinenmarket, Vol. 61, No. 66, pp. 37-38, 1955.
    Liew, K. M., Wang, C. M., Xiang, Y. and Kitipornchai, S., Vibration of Midline Plates Programming the p-Vorsion Ritz Method, Elsevier, 1998.
    Rao, J. S., Dynamics of Plate, Marcel Dekker Inc., 1999.
    Reismann, H., Elastic Plates Theory and Application, pp. 151-163, John Wiley & Sons Inc., 1988.
    Wei, B., "Undirectional Dendritic Solidification Under Longitudinal Resonant Vibration", Acta metal., Vol. 40, No. 10, pp. 2739-2751, 1991.
    陳金富、林宏昌,『熔接學』,全華科技圖書股份有限公司,1-25頁,中華民國七十四年六月。
    錢偉長,『彈性力學』,亞東出版社,中華民國七十六年。
    范傑、吳咸德,『振動應力消除機構』,中華民國銲接協會八十八年銲接論文,C75-C80頁,中華民國八十八年十月。
    王振欽,『銲接學』,高立圖書有限公司,中華民國八十八年十月。
    郭哲瑋、吳咸德,『同步振盪銲接對304顯微結構之影響』,中華民國銲接協會九十二年年會手冊暨論文集,A112-A114頁,中華民國九十二年十月。
    愛發股份有限公司,『ABAQUS實務入門引導』,全華科技圖書股份有限公司,中華民國九十四年一月。
    陳永甡,『焊接學』,新文京開發出版有限公司,1-22頁,中華民國九十四年四月。

    下載圖示 校內:2017-06-26公開
    校外:2017-06-26公開
    QR CODE