第四章 個案之實驗與電腦模擬結果
4.5 實驗室印證案例
基座版面振動振幅的現象。如個案 1 到 8 因為進行實驗時，狀況之限制，
無法在基座正下方擺設同步量測地板訊號的探頭 ，而必須將探頭擺設在基 座邊緣，皆發生此小節討論之情況。因為前文 11 個個案尚有模擬與實驗有 差異之處，所以本文以下再以實驗室自組基座進行模擬與實驗之分析比較 。
4.5.1 固接與鉸接支承模擬
如同前文所述，先嘗試以傳統方式模擬基座之支承 ，其有限元素模擬 之結果如下圖 4-40 所示:
不同支承條件之振幅比較
1 . 0 0 E- 1 4 1 . 0 0 E- 1 3 1 . 0 0 E- 1 2 1 . 0 0 E- 1 1 1 . 0 0 E- 1 0 1 . 0 0 E- 0 9 1 . 0 0 E- 0 8 1 . 0 0 E- 0 7 1 . 0 0 E- 0 6
1 1 0 1 0 0 1 0 0 0
頻率Hz
振動振幅 地板訊號
實測基座訊號 固接 絞接
圖 4-40 固接、絞接支承與實測基座之比較(X 向)
由上圖可知，同前文所述，模擬之基座自然頻率仍大於實驗所得之結 構自然頻率。
4.5.2 樓版動態剛度之敲擊試驗與樓版靜態剛度之有限元素模擬
此小節以樓版之衝擊試驗代替前文廠房樓版靜態剛度之有限元素模 擬，確認樓版處於外力振動情況下 ，其樓版動態剛度，如下圖 4-41 所示:
K
160.00 1.00E-2015.0030.0045.0060.0075.0090.00105.00120.00135.00150.00 1.0E+11
1.78E+05 1.00E+06 1.00E+07 1.00E+08 1.00E+09 1.00E+10
Frequency (Hz) ((m)/(Newton))^-1
y=0
圖 4-41 樓版動態剛度敲擊試驗-頻率與勁度之關係圖
Coh2,1(f)
160.00 1.00 15.00 30.00 45.00 60.00 75.00 90.00105.00120.00135.00150.00 1.2000
0.8500 0.8550 0.8700 0.8850 0.9000 0.9150 0.9300 0.9450 0.9600 0.9750 0.9900 1.0050 1.0200 1.0350 1.0500 1.0650 1.0800 1.0950 1.1100 1.1250 1.1400 1.1550 1.1700 1.1850
Frequency (Hz)
Coh2,1(f): 27.5000, 0.9996
圖 4-42 樓版動態剛度敲擊試驗-頻率與相干係數(Coherence)之關係圖
由上圖 4-41 與圖 4-42 根據文獻[17]，樓版動態剛度敲擊試驗中，在
勁度大小趨近於靜態剛度，即圖 4-42 中橫向長虛線是由動態剛度試驗所推 估之靜態剛度，其值為 55.7 ton/cm。另外如同前文之彈性彈簧支承模擬 ， 建立實驗室基座所在樓版之有限元素模型 ，如圖 4-43 所示，其模擬所得之 基座所在樓板位置的靜態剛度為 129.87 ton/cm。此結果與敲擊實驗所得之 靜態剛度有差異；所以本文根據 ACI Code，樓版受到載重之後會有開裂之 行為，可以修正其慣性矩最多到 0.25。將有限元素模型修正之後，所得結 果：修正係數 0.25 所得基座所在樓板位置之靜態剛度為 35.09 ton/cm，修正 係數 0.5 所得基座所在樓版位置之靜態剛度為 68.03 ton/cm。此結果顯示若 樓版已經加載載重之後其有限元素模型必須進行修正 ，則基座模型所用邊 界條件之彈性彈簧支承勁度才會正確 。
4.5.3 基座同步量測與基座有限元素模型比較
利用 4.5.2 樓版動態剛度敲擊試驗所得勁度而建立之基座模型 ，其所得 振動行為如下圖 4-44 到圖 4-49 所示:
1 10 100 1000 1E-006
1E-005 0.0001 0.001 0.01
10gal
1gal
0.1gal
0.01 gal 0.001
gal 0.0001
gal
1E-009 in 1E-008
in 1E-007
in 1E-006 1E-005 in
in 0.0001
in
Frequency(Hz)
Velocity(in/s)
VC-A
VC-B
VC-C
VC-D
VC-E
SPEC.
圖 4-44 模擬與實測基座面之比較(X 向) 基座面版實測值 基座面版模擬推估值 地板背景振動值
1 10 100 1000 1E-006
1E-005 0.0001 0.001 0.01
10gal
1gal
0.1gal
0.01 gal 0.001
gal 0.0001
gal
1E-009 in 1E-008
in 1E-007
in 1E-006 1E-005 in
in 0.0001
in
Frequency(Hz)
Velocity(in/s)
VC-A
VC-B
VC-C
VC-D
VC-E
SPEC.
圖 4-45 模擬與實測基座面之比較(Y 向) 基座面版實測值 基座面版模擬推估值 地板背景振動值
1 10 100 1000 1E-006
1E-005 0.0001 0.001 0.01
10gal
1gal
0.1gal
0.01 gal 0.001
gal 0.0001
gal
1E-009 in 1E-008
in 1E-007
in 1E-006 1E-005 in
in 0.0001
in
Frequency(Hz)
Velocity(in/s)
VC-A
VC-B
VC-C
VC-D
VC-E
SPEC.
圖 4-46 模擬與實測基座面之比較(Z 向) 基座面版實測值 基座面版模擬推估值 地板背景振動值
模擬與實測基座面振幅比較
1 . 0 0 E- 1 3 1 . 0 0 E- 1 2 1 . 0 0 E- 1 1 1 . 0 0 E- 1 0 1 . 0 0 E- 0 9 1 . 0 0 E- 0 8 1 . 0 0 E- 0 7
1 1 0 1 0 0 1 0 0 0
頻率Hz
振動振幅 地板訊號
實測基座訊號 模擬
圖 4-47 模擬與實測基座面之頻譜密度函數比較 (X 向)
模擬與實測基座面振幅比較
1 . 0 0 E- 1 4 1 . 0 0 E- 1 3 1 . 0 0 E- 1 2 1 . 0 0 E- 1 1 1 . 0 0 E- 1 0 1 . 0 0 E- 0 9 1 . 0 0 E- 0 8 1 . 0 0 E- 0 7
1 1 0 1 0 0 1 0 0 0
頻率Hz
振動振幅 地板訊號
實測基座訊號 模擬
圖 4-48 模擬與實測基座面之頻譜密度函數比較 (Y 向)
模擬與實測基座面振幅比較
1 . 0 0 E- 1 3 1 . 0 0 E- 1 2 1 . 0 0 E- 1 1 1 . 0 0 E- 1 0 1 . 0 0 E- 0 9 1 . 0 0 E- 0 8 1 . 0 0 E- 0 7
1 1 0 1 0 0 1 0 0 0
頻率Hz
振動振幅 地板訊號
實測基座訊號 模擬
圖 4-49 模擬與實測基座面之頻譜密度函數比較 (Z 向)
上圖 3-47 到 4-49 之基座振動行為頻譜圖不同於前文之 1/3 倍頻頻譜圖，而 以頻譜密度函數代替，是為了更能精細表示基座振動行為之準確性 ，屏除 前文所用 1/3 倍頻頻譜圖之中心頻率能量 集中現象。且如上圖 4-44 到 4-49 可知，模擬之振動行為比前文模擬之結果更為準確 。