文獻回顧

對於一個承受軸向力（axially loaded）的二力桿件而言，挫屈（buckling）

為一種不穩定或應避免的結構行為，因挫屈的發生會將使得構材尚未達到 其極限強度之前，其彈性勁度(storage stiffness)即迅速衰減，導致側向變形 加劇之不穩定現象，無法再承受既有的軸壓力，進而造成構件的損壞或承 載結構的崩塌。然而，若經由適當之設計，將挫屈連桿之變形限制在合理 的範圍內，使其在往復性載重過程中，非但不產生破壞，且可作為調頻或 消能減振的控制元件。茲將有關挫屈連桿的研究與應用說明如下：

被動控制於垂直向減振之應用

於某些具有懸吊恆載系統（suspending constant load system）的工作環 境下，微小且高頻之垂直向振動問題，遠比水平振動的影響來得重要(如圖 1.1 )，因懸吊恆載系統除了受到垂直向擾動外，同時也受重力的作用，使得 垂直振動的情形加劇或持續，可能引起支撐系統的疲勞損傷，造成設備意 外掉落。Winterflood 等人【7~11】即使用彈性挫屈（elastic buckling）的 Euler 柱作為垂直減振裝置，以減緩垂直振動的問題。此外，並更進一步著 手設計一種減振平臺（Euler spring vertical isolation stage）(圖 1.2)，該平臺 係由兩端束制固定（clamped）之彈性挫屈柱所支撐，其功用可視為尤拉彈 簧(Euler spring)。其試驗結果顯示，彈性挫屈裝置具有高效能的減振效果，

遠比一般機械式彈簧系統更適合用於懸吊載重系統之減振。

Virgin 等人【12】則以二根相互平行且兩端均為鉸接之挫屈柱支撐一 重約 24N 的質塊，並於基座施加一可調整頻率之垂直諧和擾動（圖 1.3），

以測試其隔（減）振效率。其結果顯示，於振幅 3mm 之擾動下，擾動頻率 愈高，振動反應之功率譜密度（power spectral density, PSD）愈小（圖 1.4），

此一結果也印證 Winterflood 等人【7,8】之研究結果，提到於某些較為敏感 的作業環境下，使用 Euler spring 可隔絕高頻擾動源對於振動系統之影響。

此外由位移歷時圖（圖 1.5）最後靜止狀態可知 Euler spring 亦具有消能特 性 。 文 中 最 後 並 建 議 ， 試 驗 所 採 用 之 邊 界 條 件 為 理 想 狀 態 的 簡 支 梁

（simply-supported boundary condition）型式，惟此種邊界條件的實現與維 持相對而言較為困難，實務應用上仍以兩端束制（clamped ends）的型式較 為可行。

Plaut 等人【13】延續 Virgin 等人之研究，將柱兩端改為束制固定之 邊界條件，並探討影響傳遞率（transmissibility, TR）之主要參數，包括系 統與柱本身的阻尼（external and internal damping）、柱本身的勁度、所支 撐之載重（supported weight）及柱之初始屈率（initial curvature）等。

Ji 和 Hansen【14】則將其邊界條件設定為一端固定，另一端為滑動 (sliding)型式，滑動端可藉由控制摩擦力的大小調整系統之阻尼。（圖 1.6）

主動控制在垂直應用方面

除了上述被動控制之應用與研究外，Bonello 等人【15】則進行自適應 調諧振動阻尼器（An adaptive tuned vibration absorber, ATVA）（圖 1.7）之 研究，其主要構件為壓電致動器(Piezo-actuators)與挫屈連桿所組成之可變勁

度元件（variable stiffness element ,curved beam），運作時可調節 ATVA 之 勁度，以改變系統之振動頻率，解決調頻不精確 mistuning 的問題，使得 ATVA 可控制的頻寬範圍更廣，減振性能亦可提昇。

Zuo 等 人 【 16】 則 針 對 高 科 技 製 造 業 所 面 臨 之 精 密 儀 器 定 位

（precision positioning）與機台減振等問題進行改善，該研究設計一同時具 備定位與減振功能的機具，其主要控制元件與 ATVA 差異不大，惟針對定 位問題則提出採用前饋（feed forward）與回饋（feedback）之控制技術。

小結

上述文獻內容顯示，挫屈連桿具有減振作用，其軸力與軸向變形呈幾 何非線性關係，因此具備消能特性。由於挫屈連桿在變形很小時即可發揮 作用，因此有利於樓板之振動控制，而其勁度(頻率)隨變形量改變之特性，

將有益於寬頻擾動源之減振。國內目前尚無針對挫屈連桿應用於高科技廠 房樓板振動控制之可行性研究，值得吾人探討。因此，本文擬針對挫屈連 桿之力學特性進行評估，以作為後續應用挫屈連桿於廠房樓板減振的先期 研究基礎。