实习三应用冲击鎚於冲击试验之实务与技术.PDF

實 驗 模 態 分 析 實習三： 應用衝擊鎚於衝擊試驗之實務與技術 目 錄 摘要 01 一、前言02 二、試驗原理03 2.1 衝擊鎚之構造及衝擊原理03 2.2 加權函數05 2.3 時間域與頻率域之圖形轉換07 三、實驗步驟08 3.1 單一及二次敲擊衝擊試驗08 3.2 懸臂樑之衝擊試驗09 四、實驗結果10 4.1 單一衝擊試驗10 4.2 二次衝擊試驗13 4.3 懸臂樑之衝擊試驗13 五、結論16 六、參考文獻17 -2- 摘要 本文主要探討衝擊鎚之衝擊行為，一般而言，衝擊鎚為傳統轉換器之驅動 器之一，本文探討項目包括各種不同硬度之衝擊頭之衝擊行為，如鋼質衝擊 頭、塑膠質衝擊頭，橡膠質衝擊頭等，以及不同硬度之待測物衝擊行為，並探 討應用衝擊鎚實驗之暫態(Transient)以及加權函數之影響，諸如不同之加權函 數及 Rectangular 加權函數長度大小對頻率域使用範圍之影響，以及阻尼比之 修正。因此本文實驗上一共分為三大部份：單一衝擊試驗、二次衝擊試驗、懸 臂樑之衝擊試驗等，在單一衝擊試驗中，由於需要探討衝擊頭及待測物之不同 硬度之影響，所以分為鋼質、塑膠質、橡膠質等衝擊頭敲擊鐵質待測物及鋼質 衝擊頭敲擊木頭待測物等四組實驗。二次衝擊主要探討二個訊號間在時間域之 距離在頻率域之情形。懸臂樑之衝擊試驗主要探討 Rectangular 加權函數及 Exponential 加權函數下，此懸臂樑之頻率響應函數 (Frequency Response Function)之差異性，並且對加 Exponential 加權函數之阻尼比 (Damping Ratio)進行修正。 因此本文之目的主要探討不同之衝擊頭對不同待測物之衝擊行為，並且對 不同加權函數下及加權範圍大小對實驗之結果之影響，進而瞭解如何選擇衝擊 頭及加權範圍之大小。其次並探討二次敲擊之影響及阻尼比之修正等。 -3- 一、前言 在實驗模態分析中傳統轉換器包括衝擊鎚 (Hammer)[1,2]和加速度計 (Accelerometer)，其中衝擊鎚為驅動器(Actuator)、加速度計為感應器 (Sensor)，一般驅動器之種類除了衝擊鎚外還包括激振器(Shaker) 、壓電片 等，而衝擊鎚是最常用的驅動器，因為衝擊鎚使用上是比較方便且簡易，但是 不易激振較小之結構。本文將對於衝擊鎚之構造及其衝擊試驗加以說明，探討 不同衝擊頭 (Tip)[1,3]敲擊軟硬度不同材料之待測物及不同加權函數 (Weighting Function)[4,5]下之現象，其中衝擊頭包括鋼質(Steel)、塑膠質 (Plastic)、橡膠質(Rubber)等不同之材質，而待測物之材質為鐵及木頭，分別 代表較硬及較軟之材料，其中較硬之材料共振頻率高，較軟之材料共振頻率低 [3]，因此本項目共分為：鋼質衝擊頭敲擊鐵質待測物、塑膠質衝擊頭敲擊鐵質 待測物、橡膠質衝擊頭敲擊鐵質待測物、鋼質衝擊頭敲擊木頭待測物等四組去 實驗，並且分別就不同之加權函數下分析衝擊之情形，如 Rectangular 加權函 數及 Transient 加權函數，而 Transient 加權函數並探討不同加權長度大小 之影響，以及探討時間域之圖形經過傅立葉轉換後在頻率域之情形[6]。除外並 探討二次敲擊(Double Impact)[7]對實驗結果之影響及現象。 最後以一個懸臂樑[8]為例，以傳統之轉換器做驅動器及感應器，並探討應 用 Rectangular 加權函數及 Exponential 加權函數下，所求得之懸臂樑之頻 率響應函數(Frequency Response Function，FRF)之差異性，並且探討如何對 加 Exponential 加權函數所求得之阻尼比(Damping Ratio)[9]進行修正，以得 出