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論文中文名稱:懸臂梁在水中振動之研究 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Studies on Vibration of a Cantilever Immersed in Water [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:土木與防災研究所
畢業學年度:103
畢業學期:第二學期
出版年度:104
中文姓名:周芳德
英文姓名:Fang-Te Chou
研究生學號:102428095
學位類別:碩士
口試日期:2015/07/22
指導教授中文名:尹世洵
指導教授英文名:Shih-Hsun Yin
口試委員中文名:尹世洵;宋裕祺;洪曉慧
口試委員英文名:Shih-Hsun Yin
中文關鍵詞:附加質量,附加質量係數
英文關鍵詞:add mass,add mass coefficient
論文中文摘要:當結構系統沒入水中會使原本結構的自然振動頻率有所改變,這是因為水的影響所致。結構系統在水中振動時,會引致一部分的水跟著振盪,此種現象就像在結構系統沒入水中部分施加額外的質量,進而改變自然振動頻率,而施加額外的質量就被稱為附加質量(add mass)。本研究透過實際試驗所得的數據,利用系統識別找出懸臂梁沒入水中之振動特性,接下來利用里茲法推導懸臂梁的運動方程式,並利用Matlab求解得到數值解,再來透過有限元素軟體(MSC.Patran)進行數值模擬與分析,並將數值分析結果與試驗結果做比較,來驗證數值模擬的正確性與可行性,進而找到模擬所需之附加質量係數(add mass coefficient)。
論文英文摘要:Submerged structural systems will change their natural frequencies due to the influence of water. While the structural system vibrates in the water, some volume of surrounding fluid will move with the structure. To model this phenomenon, the virtual inertia is added to the submerged part of the structure, which may change the natural frequencies of the system. This mass is called added mass.
Based on experimental data, this study used system identification to find out the characteristics of vibration of a cantilever submerged in the water. Then, the Ritz method was used to derive the equation of motion of the submerged cantilever, and numerical solutions were obtained using Matlab. Next, finite element software (MSC.Patran) was also employed to simulate the same system. Finally, the numerical results were compared with the experimental results to validate the correctness and feasibility of the numerical simulations. Furthermore, the added mass coefficient needed in the simulations could be found.
論文目次:中文摘要 i
英文摘要 iii
誌 謝 v
目錄 vii
表目錄 ix
圖目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 文獻回顧 1
1.3 研究內容與流程 2
1.4 章節概述 3
第二章 懸臂梁沒入水中之振動試驗 5
2.1 前言 5
2.2 試驗設備 5
2.2.1 硬體設備 5
2.2.2 軟體設備 9
2.2.3 試體製作與配置 9
2.2.4 實驗流程 11
2.3 實驗資料之分析 14
第三章 里茲法求解水中振動梁 31
3.1 運動方程式 31
3.2 未浸入水中懸臂梁之動態分析 35
3.2.1 模型材料性質 35
3.2.2 龍格 -庫塔法(Runge -Kutta)之介紹 35
3.2.3 形狀函數的選取 36
3.2.4 加速度歷時分析 44
3.3 浸入水中梁之附加質量係數推算 46
第四章 有限元素分析 53
4.1 前言 53
4.2 軟體介紹與分析流程 53
4.3 未浸入水中懸臂梁之動態分析 55
4.3.1 有限元素模型 55
4.3.2 材料性質與邊界條件 57
4.3.3 暫態響應分析 58
4.3.4 模態分析 61
4.4 浸入水中梁之附加質量係數推算 63
第五章 結論與建議 69
5.1 結論 69
5.2 建議 70
參考文獻 71
論文參考文獻:[1]John A. Deruntz and Thomas L. Geers,"Added mass computation by the boundary integral method," International Journal for Numerical Methods in Engineering,1978, pp. 531-550.
[2]H.R. Öz,"Natural frequencies of an immersed beam carrying a tip mass with rotatory inertia," Journal of Sound and Vibration,vol.266,no.5,8,April,1983, pp.429-437.
[3]A. Uściłowska and J.A. Kołodziej,"FREE VIBRATION OF IMMERSED COLUMN CARRYING A TIP MASS," Journal of Sound and Vibration, vol.216, no.1, 10,September, 1998, pp.147-157.
[4]D.G. Crighton,"Resonant oscillations of fluid-loaded struts," Journal of Sound and Vibration,vol.87,no.3,1983, pp.429-437
[5]Y. Fu and W.G. Price,"Interactions between a partially or totally immersed vibration cantilever plate and the surrounding fluid," Journal of Sound and Vibration, vol.118, no.3, 1987,pp.495-513.
[6]Jong-Shyong Wu and Shou-Hsiung Hsu,"A unified approach for the free vibration analysis of an elastically supported immersed uniform beam carrying an eccentric tip mass with rotary inertia," Journal of Sound and Vibration, vol.291,no.3-5, 4 April 2006, pp.1122–1147.
[7]J.-S.Wu and T.-L.Lin,"Free vibration analysis of a uniform cantilever beam with point masses by an analytical-and-numerical-combined method," Journal of Sound and Vibration, vol.136,no.2, 22 January 1990,pp.201-213.
[8]孫士麗,王詩平,姚熊亮,等,"板和加筋版流固耦合振動特性研究,"黑龍江省造船工程學會2008年學術年會論文集.黑龍江,哈爾濱,2008.
[9]吳芳,趙德有,"水對船舶與海洋建築物結構振動影響的研究,"中國海洋平台,2008.
[10]傅慧萍,李杰,"附加質量CFD計算方法研究,"上海交通大學,船舶海洋與建築工程學院,”上海,2002.
[11]朱仁傳,郭海強,繆國平,等,"一種基於CFD理論船舶附加質量與阻尼的計算方法,"上海交通大學學報,2009.
[12]張志榮,"水面艦艇綜合黏性流場的實用化CFD研究"中國船舶科學研究中心,2004.
[13]陳科維,頂端附帶一集結質量之楔型梁在水中的自由振動分析,碩士論文,國立成功大學,造船及船舶機械工程研究所,臺南,2002。
[14]黃國峰,矩形平板在水中振動附加質量之研究,碩士論文,國立成功大學,系統及船舶機電工程學系碩博士班,臺南,2004。
[15]施博瀚,壓電智慧梁之系統識別與感應,碩士論文,國立臺北科技大學,土木與防災研究所,臺北,2009。
[16]巫鷹駿,藉由增加系統非線性動力行為之偵測與感應,碩士論文,國立臺北科技大學,土木與防災研究所,臺北,2009。
[17]陳火紅、祈鵬,"MSC Patran/Marc 培訓教程和實例",北京:科學出版社,2004.
[18]吳佳璋、黃俊銘,"MSC.FEA 有限元素結構分析:基礎與實例演練",全華科技圖書股份有限公司,2006
[19]張智星,"MATLAB程式設計入門篇",碁峰資訊股份有限公司,2010.
[20]張智星,"MATLAB程式設計進階篇",碁峰資訊股份有限公司,2013.
[21]江大成,"數值分析 精華版",新加坡商聖智學習亞洲私人有限公司台灣分公司,2012,pp.268-277.
[22]周品,何正風,"MATLAB 數值分析",五南圖書出版股份有限公司,2012,pp.373-377.
論文全文使用權限:同意授權於2015-08-17起公開