結論

本文旨在藉由CAE方法來快速建立複合塑膠車燈等效FEA模型，並針 對自然模態響應與強制激振分析結果與實驗進行驗證比較，探討最佳等效 分析模，進而分析車燈模態與基座激振下之振動行為，並予以預測可能之 失效模式。首先本文第二章說明單自由度、多自由度下振動基本理論，提 供質量系統在無阻尼下之自然模態求解原理，並介紹受基座激振下質量系 統之位移響應計算方式。第三章說明車燈振動實驗與分析規劃、實驗設備 架設與參數設定以及CAE分析工具介紹。在第四、第五章分別說明振動實 驗與分析，共包含三個實驗部分，分別為（1）複合塑膠車燈用治具模態 頻率響應與模態量測及分析比較、（2）強制激振共振頻譜與頻率量測實 驗與分析比較與（3）為複合塑膠車燈系統（含治具）進行強制激振下共 振頻譜實驗與分析進行驗證比較與探討；而針對驗證完成之等效分析模型 再進行可能失效區域之預測，最後採以SAE J575進行失效試驗驗證；重要 結論彙整如下：

6.1.1 車燈有限單元分析

1. 車燈振動分析程序作法應包含（1）夾治具固定邊界自然模態，（2）

夾治具強制激振 ，以及（3）車燈強制激振分析三種。

2. 本研究經由振動實驗與模型分析結果，提出建構車燈等效FEA模型 來快速預測實驗結果之關鍵要素應包含以下三點：

（1）外型不變下輪廓簡化：在原始車燈3D主要結構外型（例如肋）

與尺寸不變下，其餘細微非關結構之功能輪廓可加以簡化，例

如造型壓花、排水/排氣孔、凹槽等可以填平方式處理，複雜燈 殼曲面可以多平面方式取代建模。

（2）強化鎖附邊界：由固定處螺孔周邊邊界以剛性元素強化結果顯 示，頻率響應趨勢與實驗頻譜以相當接近，模型誤差可大幅減 小至7%以下。

（3） 強化輪廓簡化與轉折處材質：透過模型簡化來縮短分析時間以 及便於除錯，惟應強化車燈輪廓簡化處與輪廓轉折處（非均厚 度）之材質強度補正，例如增加厚度與提高楊氏係數E值。

3. 本文對複雜車燈外型FEA模型忽略細微輪廓與簡化曲面造型，研究 結果顯示均不影響與實物振動響應等效性分析；然而，由於車燈元 件各自有獨立模態響應，且組成後會產生相互影響作用，因此，FEA 模型不宜採用省略部分元件而將質量融合於鄰近元件（如中間飾板 省略融合至透明燈殼），此將易造成配重與結構特徵失真外，在中 /高頻率響應頻譜將會往左平移(結構剛性變差)。故車燈元件建模關 鍵在於（1）曲面外型特徵以平面組合取代，（2）非結構孔/槽可填 平，與（3）細微外觀凹/凸特徵可忽略。

4. 車燈適宜以薄殼元素網格建構，除車燈結構欲分析處外，其他部位 之網格可採用較粗的劃分(50mm以上)方式，然而，網格越細對整體 結構會造成剛性越差；透明燈殼與後燈座間的膠著接合接觸邊界，

二物件在FEA設定上可採用元素共用節點方式處理，其結果有益於 整體模型結構剛性提高，相對於頻率響應將會往右平移；若再搭配 欲分析處之網格細劃分(約5~10mm)方式處理，將可大幅改善中/高 頻率之加速度響應；此外，本研究在中/高頻處響應分析頻譜與實際

頻譜仍有誤差存在，分析時若可進一步強化其他部位結構，應可再 改善與實驗值在中頻響應差異。

5. 本文研究顯示，對車燈後燈座若採用複合塑膠材質(聚丙烯+礦物滑 石填充)時，模型簡化處與外型轉折處之元素楊氏係數E值建議為 2.5~3GPa較佳，並且仍在該材料E值合理範圍內。

6.1.2 車燈振動實驗

1. 就支撐架式之車燈系統強制激振實驗與理論分析比較，多點控制可 確保由基座輸入之振動能量的一致性，多點控制之頻譜結果相較單 點控制在位於中/高頻段車燈共振響應較低，因此，對於大型複雜構 件採用多點控制會有較佳實驗結果。

2. 本文針對車燈振動分析雖然與實驗結果一致，但由實車裝置模態分 析結果發現，實車裝置與支撐架設計裝置在第一階模態振型結果有 所差異，主要原因在於傳統車燈振動治具之Z型支撐架與L型支撐架 設計較實車ㄇ字形設計其剛性較差，在低頻段時車燈前方自由端易 造成振動位移響應現象，故此結果將可作為後續車燈實驗用治具設 計之經驗參考。

3. 車燈系統共振頻率可採用JIS D1601之試驗方式（5~500Hz@1g）可 獲得結構正弦掃頻實驗共振頻譜，本文針對分析結果各模態區採用 局部正弦掃頻方式驗證與理論振型結果一致，此法取代複雜塑膠車 燈模態實驗不易執行之困擾。由振型結果顯示，當車輛行駛於路面 時，由垂直方向入力導致車燈將會產生3個(前後、左右與上下)全域 振型，3組模態皆發生於160Hz以內；而在非全域振型之模態下，除 119Hz以及306Hz為致命局部模態外，其餘局部共振大多發生於車

燈後方較大平面處，因此，對於整體車燈結構較不易導致損傷。

4. 由失效實驗結果可驗證與模態分析振型失效模式吻合與推測合理 性，研究結果顯示，對於本文採用之車燈，車燈標準SAE J575中隨 機振動頻譜最大頻率250Hz仍有不足之處，若高頻250Hz可修正至 350Hz時，將有助於現今常見之車燈具備中間飾板設計時，有效縮 短加速失效試驗時間，並協助車燈結構設計人員快速驗證分析與及 早改善。