3.1 研究規劃
由於汽車複合塑膠頭燈形狀複雜，除了燈體每個部位加工成形時厚度 不一，且各元件材料皆不相同，故在有限元素模型建構上乃是一大挑戰，
要如何能夠準確模擬實際狀態，且又能簡單容易建立，以便提供後續在汽 車車燈實驗工程分析之參考，將是研究的一大難題；本研究規劃流程如圖 11所示，主要分為振動實驗與電腦輔助工程分析二大工作：
3.1.1 振動實驗
包含複合塑膠車燈治具模態響應、共振搜尋實驗以及複合車燈含治具 之共振搜尋實驗量測等三大項；先針對夾治具部分進行振動試驗，包含磨 太實驗與強制激振之共振掃頻，主要協助分析時先行驗證夾治具FEA模型 之等效性，並了解其振動響應對車燈所造成之影響。
3.1.2 電腦輔助分析
首先利用車燈之IGS曲面圖形檔轉換成實體IGS圖形檔，並針對細微 輪廓進行簡化過程，再導入商用分析軟體Altair HyperWorks之HyperMesh 模 組 進 行 網 格 製 作 ； 對 於 後 處 理 則 將 網 格 化 後 之model 導 入 Altair HyperWorks下之Optistruct模組進行邊界條件設定、模態分析與強制激振 參數設定，最後並進行分析求解工作，其強制激振分析結果則可利用Altair HyperWorks下後處理之Optistruct模組及HyperView模組進行結果數據取 得。
本文由圖 11 之研究流程中，會依據模擬實車裝置之振動夾治具實體
先建立 FEA 模型，分別針對模態響應以及強制激振進行分析，其結果將 與實驗模態量測及共振實驗量測結果進行比教，並進行 FEA 模型修正。
驗證完成後，再導入已簡化後之車燈 FEA 模型進行模型整合，等效系統 驗證以強制激振及自然模態來進行，分析時將採下列三種方式進行等效模 型（Equivalent model）建立：
1. 邊界條件設定：針對治具支撐架與底板間、治具支撐架與車燈間 之螺絲鎖附處接觸邊界進行設定比較分析，取得最佳實際鎖附方 式。
2. 模型厚度修飾：對複雜車燈 FEA 模型簡化後，探討局部厚度修飾 對分析結果的影響。
3. 網格劃分：考量分析準確性及縮短分析時間下，探討最適當之網 格劃分方式及對振動響應結果之影響，並與一般在網格細劃分下 分析結果進行比較。
3.2 實驗設備簡介
本文實驗分為模態響應以及共振搜尋等二種實驗，下將針對本研究所 使用之儀器設備作介紹。
3.2.1 強制激振實驗儀器架設
本研究進行共振搜尋實驗使用激振源為之電磁式振動機，並針對垂直 向（Z軸）作為量測數據；控制用加速度計固定於夾治具底板靠近支撐架 處，量測用加速度計固定於分析部位（4根支撐架頂端鎖附處及車燈10個 分析處）。本系統共分為振動機本體、訊號控制器、功率放大器、加速度 計以及控制電腦等五個部份，量測系統如圖12所示。
1. 電磁式振動機：規格如表 1 所示。
2. 訊號控制器：規格如表 2 所示。
3. 功率放大器：規格略。
4. 加速度計：控制及量測用規格如表 3 所示。
5. 控制電腦：規格略。
3.2.2 模態量測設備
參考ISO 7626[16]進行驗證車燈用夾治具之頻率響應及模態確認，以 敲擊鎚或激振器等設備激發結構件振動，以加速度計量測輸入、輸出訊 號，經頻譜分析儀運算求得頻率響應函數，進而獲得共振頻率資料，模態 量測系統如圖13，儀器基本規格如表4。
3.3 工程分析工具
3.3.1 Altair HyperWors分析軟體簡介
由美國Altair發展HyperWorks套裝工程分析環境軟體，應用於造型、
視覺化、模擬與製造等領域，在國內外工業界使用廣泛。HyperWorks[17]
系列分析軟體包含HyperMesh、HyperView、Optistruct、HyperGraph…等。
其中，HyperMesh為該公司目前旗艦之專業網格製作軟體，HyperWorks 可提供設計開發、工程設計、CAE分析模擬、實驗測試等，以下將接續針 對本研究所使用之模組軟體作說明。
3.3.2 HyperMesh功能
HyperMesh唯一高效率之有限元素前後處理器，可建立各種複雜模型 之有限元與有限差分模型，以及多種CAD和CAE軟體良好相容性且具高
效之網格劃分功能。此分析模組為針對有限元主流求解器之知前後處理軟 體，分析者可以在一極佳視窗下對多種設計條件進行分析，HyperMesh圖 形使用介面可直接讀取CAD幾何數據與現有有限元模型，進而減少附加 冗餘數據資料，圖14為HyperMesh使用介面。
3.3.3 Optistruct功能
Optistruct是專門為產品之概念設計與精細設計之結構分析與最佳化 工具，是目前最成熟一是應用最廣之最佳化分析軟體，特別是國外汽車零 組件或整車大多使用此分析模組進行最佳化設計。Optistruct為以有限元方 法為基礎之最佳化工具，憑藉實體架構優化（topology）、型貌優化
（topography）、形狀優化（shape）與尺寸優化（size），可產生精確設計 概念與佈局。使用者可利用其中之標準單元庫與各種邊界條件進行線性靜 態、自然頻率、慣性釋放與頻率響應分析，圖15為Optistruct使用介面。
3.3.4 HyperView功能
HyperView 為一完整之後處理及視覺化環境，應用於有限元素分析、
多媒體系統仿真、影像及工程數據方面。其動畫客戶端結合先進動畫特徵 與視窗同步化，強化連結效果，圖16~圖 17 為 HyperView 使用介面。
3.4 複合塑膠車燈及夾治具材料物性表
本研究之車燈振動系統共包含七種零件，車燈材質主要包含聚碳酸 酯、聚丙烯+滑石填充、尼龍+礦物纖維，在治具方面主要為鋁合金及鋼 板所構成，相關材質物性資料經由公開網站MatWeb[19]查詢到之相關資 料。
本研究之汽車頭燈組件多屬聚合物材質，主要分為五種組件，首先在 透明燈殼為PC聚碳酸酯（Lexan）材質，屬熱塑聚合體，有較大強度及耐 高溫功能，依各家添加劑與配方比例之差異，其材料楊氏係數E值分布範 圍可由2.3~5.1GPa。後燈座與底蓋皆為PP聚丙烯加上礦物滑石填充之複合 材質，PP屬熱塑聚合體，加入滑石粒子複合材料可提高彈性模數與耐磨 性，依各家添加劑與配方之差異，其材料楊氏係數E值分布範圍可由 1.9~5.17GPa。鍍鋁裝飾反射鏡與方向燈反射鏡皆為PA尼龍第六種加上礦 物纖維之複合材質，PA屬熱塑聚合體，加入礦物纖維複合材料可提高強 度與疲勞性等，依各家添加配方比例與製程條件之差異，其材料楊氏係數 E值分布範圍可由2.1~5.52GPa。另外，治具底板屬鋁合金A6061材質， 一 般其材料楊氏係數E值約68.9~69GPa。治具支撐架為SS41系列結構鋼材 質，一般其材料楊氏係數E值約200GPa。而關於本研究所使用之材料參數 設定值彙整如表5所示。