第四章 實驗之安裝與試驗
4.2 彈性支撐複合材料平板振動實驗之安裝與自然頻率量測…. 43
將不同尺寸之複合材料平板其邊界以彈性墊片緊密結合於框架 上，並將加速規（Accelerometer）黏貼於複材平板幾個不同的位置 上 ， 並 利 用 手 持 式 衝 擊 鎚 （ Hammer ） (Kistler 9722A500, Kistler Instrument, USA) 敲擊試片上數個不同的位置激發試片，衝擊鎚上有 力量轉換器（Kistler 9904A, Kistler Instrument, USA），而黏貼於試片 上之加速規 (AP19, APTechnology, Netherland) 接收振動訊號。衝擊鎚 與加速規兩者訊號再傳輸至頻譜分析儀 B&K 3560C，這些頻率響應 函數應用 B&K PULSE LabShop Version 6.1 軟體進行頻譜分析，其配 置如圖 4-6 所示。經由多點的敲擊激發產生振動訊號，再進行頻譜分 析並將其結果作平均，最後可以得到自然振動頻率之實驗測量值。複 合材料平板因非等向性材料且層與層之間以環氧樹脂膠合，對頻譜分 析測量自然頻率較傳統金屬等向性材料的測量困難，起因於纖維排列 與層間之環氧樹脂膠，容易引起雜訊與假像。要清晰確認自然頻率的 位置，除了在類比數位訊號轉換器前，需要先加上精良的濾波器外，
還需要經由多次不同頻寬與解析條數的測試；藉由放大信號、多點觸 發信號平均等方式改善、去除量測時各種雜訊的干擾，通常雜訊產生 是隨機型態（Random noise），因此雜訊所造成的頻率與相位也是任 意的，此種雜訊可以經由取平均值方式來改進，信雜比愈差所需要的 平均次數愈多。一般平均皆是對頻率域信號來處理，若要處理時間域
信號的平均最好配合觸發條件，以確保每次時間域之相位相同。
本文測量自然頻率，以每次測量之功率頻譜（Autospectrum）信 號加以平均（Linear average）。先估計測量試片前幾個(積層薄板為六 個、三明治平板為八個)自然頻率所在的頻寬，設定好取樣頻寬後，
接下來設定快速傅利葉轉換條數(建議從較少條數測量起，再逐步調 高快速傅利葉轉換條數，這樣有助於判斷頻譜分析儀所顯示的所有頻 率是否有遺漏之模態)。敲擊鎚其頭部之選用(每一種敲擊鎚之頭部硬 度不同可激發不同頻寬之自然頻率，可查閱硬體使用手冊；建議可以 將幾種接近分析頻寬之敲擊頭使用數次，觀察、比對所測結構件之自 然頻率，再找出最適當的敲擊鎚之頭部)，視所需的頻率範圍而定，
本實驗是選取最軟之塑膠敲擊頭，因為本文有興趣的頻率是在低頻範 圍，如此將可增加此頻率範圍之準確度。另外；必須注意加速規的選 用重量不要超過測試試片重量之十分之一(本實驗所用之加速規只有 0.14g)，才不致於產生平板外掛一集中質量的現象，導至所測量之自 然頻率較低。且加速規貼在平板背後的位置最好不要在被測試片自然 振形(Mode shape)的節線或節點上，為避免上述情形可將加速規貼的 位置先行規劃並標示，測試幾個不同位置，並觀察自然頻率之變化情 形。
4.3 邊界彈性墊片支撐之模擬
考慮複合材料平板長寬為a0 × b0，首先將其四個邊界以長條狀之 彈性墊片支撐固定於框架上（如圖 2-4A所示），考慮彈性墊片寬度 為be的影響，於理論分析時複合材料平板是以長寬為a × b，且以等效
力作用於彈性墊片的寬度中心來進行模擬（如圖 2-4B所示）。尺寸
4.3.2 等效單位長度之扭轉彈簧常數（the torsional spring constant）
同樣由圖 4-7B，等效單位長度之扭轉彈簧常數R的推導如下 : 假設彈性墊片其邊界處的應變為 εo=
he
Δ ，則任一位置 x 處之應變εx
εx=