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系統識別號 U0026-0812200915171474
論文名稱(中文) 橢圓形反射體對平面應力波聚焦效應之模擬分析
論文名稱(英文) A study on the focusing performance of a elliptical reflector for high frequency plane wave
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 土木工程學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Civil Engineering
學年度 97
學期 2
出版年 98
研究生(中文) 廖俊凱
研究生(英文) Jyun-kai Liao
電子信箱 n6696114@mail.ncku.edu.tw
學號 n6696114
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 80頁
口試委員 指導教授-胡宣德
口試委員-宋見春
口試委員-朱聖浩
指導教授-張昀
中文關鍵字 超音波輔助焊接  高頻平面剪力波  反射聚焦  殘留應力消除 
英文關鍵字 Ultrasonic vibration  residue stress release  welding 
學科別分類
中文摘要 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方橢圓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:反射體大小、反射體伸出的臂長、邊界影響、以及激發頻率變化等等。根據研究結果顯示橢圓形反射體效果很好,當振動施力於一焦點時,另一焦點會產生極佳的聚焦效果。研究中亦比較反射體大小與反射體伸出手臂長度改變時,聚焦效應之變化。結果顯示橢圓形反射體放大倍數為3倍時,聚焦效過最好,且伸出臂長越長,能反射更多的能量聚集於另一焦點。
英文摘要 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 from 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 (20k Hz) plane shear wave were simulated by finite element analysis (ABAQUS). The results show that elliptic reflector can focus the energy to a given location very well.
And the results show the focusing effect by the elliptic reflector is very robust, when the reflector is designed for a wave length of 3 times greater than the true wave length and the elliptic reflector’s hand extended, the elliptic reflector can focus the energy to a given location is very good.
論文目次 目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VIIII
符號說明 X
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 本章架構 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 何謂殘留應力 3
2.1.1 應力的種類 3
2.1.2 殘留應力發生的原因 4
2.2 殘留應力對材料的影響 4
2.3 殘留應力的檢測方法 5
2.3.1 鑽孔法 5
2.3.2 X光繞射法 9
2.4 殘留應力的解決對策 11
2.4.1 退火法 11
2.4.2 暴露法 12
2.4.3 震動法 13
2.5 相關論文回顧 13
第三章 理論推導與驗證 16
3.1 薄板微小變形的假設 16
3.2 變形諧和條件 17
3.2.1 位移與應變關係式 17
3.2.2 曲率與應變關係式 18
3.2.3 應力與應力的合力與力平衡條件 19
3.2.4 力與位移關係式 21
3.2.5 薄板變形之控制方程式 22
3.2.6 薄板之平面應力波 23
3.3 ABAQUS模擬分析 24
3.3.1 ABAQUS動態分析 25
3.3.2 數值分析 27
3.3.2.1 薄板之平面應力波波長理論分析 27
3.3.2.2薄板之平面應力波波長ABAQUS模擬 27
第四章 數值模型之建立與分析 30
4.1阻隔物(Blocker)之設計 30
4.1.1 近場光學 30
4.1.2 阻隔物之形狀 31
4.1.3阻隔物之尺寸 31
4.2數值模擬 34
4.2.1 橢圓形狀阻隔物之分析結果 34
4.3 頻率誤差對於聚焦的影響 37
4.4阻隔物伸出臂長對於聚焦的影響 41
4.5阻隔物放大倍數對於聚焦的影響 41
4.6 邊界對於聚焦的影響 42
第五章 結論與建議 44
5.1 結論 44
5.2 建議 46
參考文獻 47
附圖 48
自述 80
參考文獻 1.Kabri, M., “Measurement of Residual stress by hole-drilling method: Influence of transverse sensitivity of the gages and relieved strain coefficients,” Exprimental Mechanics, pp.252-256.1984.

2.Timoshenko, S.P., and Goodier, J. N., “Theory of Elasticity”, 3rd Ed., McGraw-Hill Ind, 1986

3.Hu, H.T., "Theory of Plates" Fall 2008

4.Graff, K. F., Wave Motion in Elastic Solid, Oxford University Press., pp. 2-236, 1975.

5.林麗娟,X光繞測原理及其應用,民國八十三年二月。

6.張明章,高頻彈性剪力波於平板反射聚焦效應之研究,民國九十六年。

7.錢偉長,『彈性力學』,亞東出版社,中華民國七十六年。

8.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。
論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2009-07-20起公開。
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