揚聲器平面彈波疲勞壽命

在進行分析之前，首先需認識揚聲器的結構以及振動方式，並了 解疲勞壽命研究的方法、破壞準則等。決定適合本文研究的方法流程。

2-1 揚聲器簡介

如圖 1-1 所示，揚聲器在結構上可分為外框架、揚聲板、音圈、

激震器、彈波及懸邊。其做動原理是由音圈通過電流時，與場磁鐵中 的磁場產生垂直於電流與磁場方向的作用力，藉此利用音圈推動揚聲 板產生聲音，而懸邊以及彈波則提供與揚聲板位移方向相反的回覆 力。除此之外，懸邊與彈波對於揚聲板和音圈在水平方向的運動有拘 束作用，能使揚聲器的震動更為穩定。

本文利用交織玻璃纖維複合材料研製平面彈波，取代舊有的波浪 狀設計。如圖 2-1 所示，以平面空間上不同的繞法，改變所提供的回 覆力、增加揚聲器衝程，並降低揚聲器之 f_o，f_o為劃定揚聲器之低音 域界限的低音諧振。振動過程中，平面彈波較容易因為反覆的振動而 產生疲勞破壞，因此本文針對平面彈波部分進行疲勞壽命研究。

2-2 疲勞概論

疲勞(fatigue)，用來表示材料在循環負載作用下的損傷和破 壞。國際標準組織在 1964 年發表《金屬疲勞試驗的一般原理》中提 到對於疲勞的定義為：金屬材料在應力或應變的反復作用下所發生的 性能變化稱為疲勞。此描述也普遍適用於非金屬材料中。引起疲勞破 壞的循環應力值往往遠小於根據靜態斷裂實驗估算出來的安全負 載，因此疲勞通常是結構與機械失效的主要原因之一，疲勞壽命的研 究有重要的意義。

2-3 疲勞壽命與研究尺度

強度、剛度、疲勞壽命為對工程結構和機械使用的三個基本要 求。疲勞壽命指結構或機械達到破壞所作用的循環負載次數或時間。

而對於破壞或失效的定義與準則是多樣的。從疲勞發展過程看，有兩 階段疲勞壽命模型、三階段疲勞壽命模型至多階段疲勞壽命模型。兩 階段模型將疲勞壽命分為裂紋形成和裂紋擴展，也就是說結構達到給 定的裂紋長度為止的循環次數稱裂紋形成壽命，當裂紋長度擴展到臨 界裂紋長度時的循環次數稱裂紋擴展壽命。在三階段及多階段模型 中，則是將其過程在細分。以多階段模型而言，在達到臨界裂紋長度 前可分為無裂紋、小烈紋、大裂紋，其中小裂紋又細分為微觀、物理、

結構三項。而其尺度大小則因不同學科研究疲勞問題而有所不同。本 文以宏觀角度判定平面彈波疲勞破壞，其疲勞壽命為平面彈波達到發 生斷裂的循環次數。

疲 勞 壽 命 的 分 析 過 程 可 概 分 兩 類 ， 高 週 疲 勞 (High-Cycle Fatigue)與低週疲勞(Low-Cycle Fatigue)，高週疲勞與低週疲勞其 疲勞特性與物理機構完全不同。高週疲勞為應力控制，所承受的週期

(2) 影響材料微觀結構的因素，如材料種類、熱處理、機械加工

max min

( )

a

/ 2

    

max min

( )

m

/ 2

    

min max

R   

S N

 C

log N    a b log S

式中的 a、b 為材料常數。由此可見冪函數的 S-N 曲線經驗公式 在雙對數圖上為一直線。