第四章 液流阻尼器之元件測試
4.3 參數擬合
以流體動力學推導之液流阻尼器公式，擬合元件測試 CRM_1 液 流阻尼器之遲滯迴圈，藉由程式擬合結果探討流體動力學理論公式之 精確性及合理性。本次擬合之測試項目為頻率 5Hz、擾動轉角（1/480、
1/240、1/120、1/60 及 1/30rad）。
4.3.1 參數設定
流體動力學推導之液流阻尼器公式中已知定值：
(1)矽油之材料之鬆弛時間λ1=0.0015s；
(2)初始黏度η0=1.002 Pa s；
(3)時間之常數κ =7.2×10-6；
(4)流體之流變學（rheological）常數 a =0.43、 b =0.6；
液流阻尼器尺寸設定值：以元件測試 CRM_1 之阻尼器尺寸為輸 入值，液流阻尼器活塞頭半徑 R =8mm、活塞頭厚度 L =11mm。
4.3.2 擬合結果
由於 CRM_1 阻尼器實際孔隙寬度 h 無法得知，因此以擬合頻率 5Hz、擾動轉角為 1/480 rad 之遲滯迴圈作為孔隙寬度設定值，擬合結 果得到之孔隙寬度 h =0.72mm。
擬合結果顯示，在擾動轉角 1/120、1/480 rad 及 1/240 rad 時，流 體動力學推導之液流阻尼器遲滯迴圈與元件測試之遲滯迴圈圖形相 當近似，如圖 4.36~4.38 所示。隨著擾動轉角增大(1/60 及 1/30rad），
理論推導公式之遲滯迴圈圖形與實際元件測試圖形將產生差異，
CRM_1 出力比理論值大，且隨著擾動增加而差異越大。如圖 4.39~4.40 所示。
4.4 小結
本系列元件測試結果顯示，清瑞機械所製造之液流阻尼器呈現穩 定的消能特性，且隨擾動之頻率與振幅增大時，液流阻尼器之遲滯迴 圈更趨飽滿且出力也會隨之增加。整體而言，日本所提供之阻尼器
器，只有在較小之振幅擾動（1/480 rad）時消能效果較佳，顯示其阻 尼器之敏感度較高。
清瑞機械所研發之阻尼器，經過不斷測試及改良，務求其出力更 大且消能面積更加飽滿。它是根據日本所提供之阻尼器（TOKIWA）
設計改善阻尼器管內部液體之流動性，以及換裝較黏稠之油品，發展 為 CRM_1 阻尼器。CRM_1 雖然成功提升阻尼器之出力，但因使用 油品黏稠度較高之故，使得阻尼器內部活塞片在測試過程中經常變形 損壞，其穩定性及耐久性較差。
為了提昇液流阻尼器之耐久性，清瑞機械將阻尼器內部活塞片更 換為硬度較高之材質，並改變阻尼器孔隙分布及大小增加液體的流動 性，提高其穩定性。經過一系列測試後，成功改良出之 CRM_2 阻尼 器，其出力及遲滯迴圈飽滿度均優於 CRM_1，且經過反覆迴圈測試 後，證明其穩定性及耐久性均有所提升。
經由一系列液流阻尼器之研發測試結果，顯示油品之黏稠度會影 響阻尼器出力大小；黏稠度高，活塞移動之阻力就增大，阻尼器出力 也隨之提升，但一昧地提高阻尼力而忽略了阻尼器零件(活塞片、油 封、套管等)強度時，可能導致耐久性降低。為提升阻尼器之穩定性，
管內之液體流動性是關鍵因素，適度決定孔隙之形狀與分佈，可將活
塞頭之壓力分散，避免活塞變形。
擬合元件測試之遲滯迴圈結果發現，當擾動轉角增大時(1/60、
1/30 rad)擬合圖形將產生差異，如圖 4.39~4.40 所示。由於 CRM_1 阻 尼器管內填裝的油品種類與理論之矽油不同，當活塞運度速度增加，
阻尼器套管內液體黏度變化也不同，因此有出力大小的差別。
此外，元件測試時，因油壓致動器本身亦具有阻尼特性，在高速 狀態下致動器的阻尼效應增加，這也有可能是造成較大衝程之測試結 果與流體動力學之預估結果產生落差的原因，此部份的問題仍待進一 步釐清。
表 4.1 阻尼器元件測試項目
表 4.2 1.5tf 油壓致動器規格
表 4.3 訊號擷取系統 (datalogger) 規格
Model IMC S
Analog Input 16 differential channels
Sum Sampling Rate 20 kHz
Maximum Sampling Rate 10 kHz
Noise(input Shorted) 9μ Vrms
A/D converter resolution 16 bits
Driving Frequency(Hz) 0.5 1 2 3 5
Actuator stroke(mm) 0.625 1.25 2.5 5 10
θ(rad) 1/480 1/240 1/120 1/60 1/30
Model Number MTS 244.11 Maximum Force 3.3 kips (150 kN)
Static Stroke 7.2 in (182.88 mm) Dynamic Stroke 6.0 in (152.4 mm)
表 4.4 荷重元（Load Cell）規格
表 4.5 筆記型電腦規格
表 4.6 各個阻尼器之出力極值（測試頻率=0.5 Hz）
Frequency：0.5 Hz 單位(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
MAX min 均值 MAX min 均值 MAX min 均值
1/480 rad 18.4 -20.6 19.5 26.3 -25.2 25.8 26.8 -26.9 26.9
1/240 rad 33.4 -35.5 34.4 48.1 -50.8 49.5 33.1 -32.5 32.8
1/120 rad 66.6 -69.7 68.1 88.8 -85.9 87.3 46.8 -47.2 47.0
1/60 rad 103.8 -106.8 105.3 149.5 -150.1 149.8 70.2 -75.1 72.7
1/30 rad 140.0 -144.5 142.2 187.8 -191.3 189.6 98.2 -97.8 98.0
Model JIHSENSE
Type LM-2T
Capacity 2000 kg
S.N. 40901
COMPAQ (Mobile Intel(R) Pentium(R)) 4-M CPU 1.80GHz
265MB RAM
表 4.7 各個阻尼器之出力極值（測試頻率=1 Hz）
Frequency：1 Hz 單位(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
MAX min 均值 MAX min 均值 MAX min 均值
1/480 rad 19.4 -21.4 20.4 33.1 -35 34.1 33.1 -35.7 34.4
1/240 rad 40.1 -42.0 41.1 67.1 -73 70.1 44.0 -43.8 43.9
1/120 rad 86.8 -88.1 87.5 125.7 -130.1 127.9 65.3 -64.4 64.9
1/60 rad 134.6 -131.1 132.9 177.5 -181 179.2 95.1 -94.5 94.8
1/30 rad 199.9 -214.6 207.3 272.3 -280.2 276.2 118.3 -123.0 120.6
表 4.8 各個阻尼器之出力極值（測試頻率=2 Hz）
Frequency：2 Hz 單位(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
MAX min 均值 MAX min 均值 MAX min 均值
1/480 rad 18.9 -19.2 19.0 34.9 -36.2 35.5 43.4 -45.0 44.2
1/240 rad 41.3 -40.7 41.0 73.3 -76.5 74.9 55.0 -55.6 55.3
1/120 rad 89.8 -87.3 88.5 143.1 -143.6 143.4 76.3 -76.4 76.3
1/60 rad 192.8 -187.6 190.2 234.8 -240.7 237.8 87.8 -91.6 89.7
1/30 rad 385.7 -404.3 395.0 375.4 -377.8 376.6 108.1 -109.1 108.6
表 4.9 各個阻尼器之出力極值（測試頻率=3 Hz）
Frequency：3 Hz 單位(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
MAX min 均值 MAX min 均值 MAX min 均值
1/480 rad 13.9 -14.7 14.3 23.5 -25.4 24.4 32.4 -34.1 33.2
1/240 rad 33.3 -32.7 33.0 56 -58 57 49.3 -50.3 49.8
1/120 rad 76.7 -73.6 75.1 117.3 -119.6 118.4 72.5 -72.3 72.4
1/60 rad 177.8 -177.5 177.7 222.9 -228.9 225.9 89.7 -93.4 91.6
1/30 rad 414.9 -405.4 410.2 374.7 -378.1 376.4 121.1 -131.9 126.5
表 4.10 各個阻尼器之出力極值（測試頻率=5 Hz）
Frequency：5 Hz 單位(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
MAX min 均值 MAX min 均值 MAX min 均值
1/480 rad 8.2 -8.2 8.2 8.1 -8.3 8.2 18.9 -19.0 18.9
1/240 rad 18.8 -19.5 19.1 25.1 -26.2 25.7 32.5 -33.6 33.1
1/120 rad 44.7 -42.8 43.7 55.6 -57 56.3 52.1 -52.8 52.5
1/60 rad 110.3 -114.7 112.5 129.6 -136 132.8
1/30 rad 287.3 -278.7 283.0 329.5 -316.5 323
圖 4.1 低容量液流阻尼器元件外觀尺寸（單位：mm）
圖 4.2 元件測試構架設計圖
圖 4.3 液流阻尼器擾動示意圖
圖 4.4 元件測試構架組裝完成照片
圖 4.5 元件測試照片
圖 4.7 荷重元（Load Cell）
-0.5 -0.25 0 0.25 0.5 Displacement(mm)
-50 -25 0 25 50
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
圖 4.9 各式阻尼器之遲滯迴圈(Ω= 0.5Hz，θ =1480rad)
-0.8 -0.4 0 0.4 0.8
Displacement(mm) -80
-40 0 40 80
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
=
Ω θ =
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 Diaplacement(mm)
-120 -60 0 60 120
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
圖 4.11 各式阻尼器之遲滯迴圈(Ω= 0.5Hz，θ =1120rad)
-3 -1.5 0 1.5 3
Displacement(mm) -200
-100 0 100 200
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
圖 4.12 各式阻尼器之遲滯迴圈(Ω =0.5Hz，θ =1 60rad)
-6 -3 0 3 6 Diaplacement(mm)
-300 -150 0 150 300
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
圖 4.13 各式阻尼器之遲滯迴圈(Ω =0.5Hz，θ =130rad)
-0.5 -0.25 0 0.25 0.5
Displacement(mm) -50
-25 0 25 50
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
=
Ω θ =
-0.8 -0.4 0 0.4 0.8 Displacement(mm)
-100 -50 0 50 100
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
圖 4.15 各式阻尼器之遲滯迴圈(Ω=1Hz，θ =1 240rad)
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
Diaplacement(mm)
-200 -100 0 100 200
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
圖 4.16 各式阻尼器之遲滯迴圈 Ω= ，θ =
-3 -1.5 0 1.5 3 Displacement(mm)
-200 -100 0 100 200
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
圖 4.17 各式阻尼器之遲滯迴圈(Ω=1Hz，θ =160rad)
-6 -3 0 3 6
Diaplacement(mm) -300
-150 0 150 300
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
-0.5 -0.25 0 0.25 0.5 Displacement(mm)
-50 -25 0 25 50
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
圖 4.19 各式阻尼器之遲滯迴圈(Ω = 2Hz，θ =1480rad)
-0.8 -0.4 0 0.4 0.8
Displacement(mm) -100
-50 0 50 100
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
圖 4.20 各式阻尼器之遲滯迴圈 Ω = ，θ =
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 Diaplacement(mm)
-200 -100 0 100 200
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
圖 4.21 各式阻尼器之遲滯迴圈(Ω = 2Hz，θ =1120rad)
-3 -1.5 0 1.5 3
Displacement(mm) -300
-150 0 150 300
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
-6 -3 0 3 6 Diaplacement(mm)
-400 -200 0 200 400
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
圖 4.23 各式阻尼器之遲滯迴圈(Ω= 2Hz，θ =130rad)
-0.3 -0.15 0 0.15 0.3
Displacement(mm) -50
-25 0 25 50
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
圖 4.24 各式阻尼器之遲滯迴圈 Ω = ，θ =
-0.6 -0.3 0 0.3 0.6
Displacement(mm)
-100 -50 0 50 100
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
圖 4.25 各式阻尼器之遲滯迴圈(Ω =3Hz，θ =1 240rad)
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
Diaplacement(mm) -200
-100 0 100 200
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
-3 -1.5 0 1.5 3 Displacement(mm)
-300 -150 0 150 300
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
圖 4.27 各式阻尼器之遲滯迴圈(Ω =3Hz，θ =160rad)
-6 -3 0 3 6
Diaplacement(mm) -500
-250 0 250 500
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
圖 4.28 各式阻尼器之遲滯迴圈 Ω = ，θ =
-0.3 -0.15 0 0.15 0.3 Displacement(mm)
-30 -15 0 15 30
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
圖 4.29 各式阻尼器之遲滯迴圈(Ω =5Hz，θ =1 480rad)
-0.5 -0.25 0 0.25 0.5
Displacement(mm) -50
-25 0 25 50
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
-1 -0.5 0 0.5 1
Diaplacement(mm)
-100 -50 0 50 100
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2 TOKIWA
圖 4.31 各式阻尼器之遲滯迴圈(Ω= 5Hz，θ =1120rad)
-2 -1 0 1 2
Displacement(mm) -200
-100 0 100 200
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2
圖 4.32 各式阻尼器之遲滯迴圈 Ω = ，θ =
-5 -2.5 0 2.5 5 Diaplacement(mm)
-400 -200 0 200 400
Force(kgf)
CRM_1 CRM_2
圖 4.33 各式阻尼器之遲滯迴圈(Ω =5Hz，θ =130rad)
0 1 2 3 4 5 6
Frequency:0.5 Hz CRM_1
Frequency:1 Hz CRM_1
Frequency:2 Hz CRM_1
Frequency:3 Hz CRM_1
Frequency:5 Hz CRM_1 CRM_2 TOKIWA
圖 4.34 各式阻尼器最大出力 vs.位移變化曲線圖
0 4 8 12 16
Frequency:0.5 Hz CRM_1
Frequency:1 Hz CRM_1
Frequency:2 Hz CRM_1
Frequency:3 Hz CRM_1
Frequency:5 Hz CRM_1 CRM_2 TOKIWA
-0.3 -0.15 0 0.15 0.3 Displacement(mm)
-30 -15 0 15 30
Force(kgf)
5Hz CRM_1 Fluid dynamics
圖 4.36 液流阻尼器之遲滯迴圈比較 (θ =1480rad，R=8mm、L=11mm、h=0.72mm)
-0.5 -0.25 0 0.25 0.5
Displacement(mm) -50
-25 0 25 50
Force(kgf)
5 Hz CRM_1 Fluid dynamics
圖 4.37 液流阻尼器之遲滯迴圈比較 (θ =1240rad，R=8mm、L=11mm、h=0.72mm)
-1 -0.5 0 0.5 1 Diaplacement(mm)
-100 -50 0 50 100
Force(kgf)
5 Hz CRM_1 Fluid dynamics
圖 4.38 液流阻尼器之遲滯迴圈比較 (θ =1120rad，R=8mm、L=11mm、h=0.72mm)
-2 -1 0 1 2
Displacement(mm) -200
-100 0 100 200
Force(kgf)
5 Hz CRM_1 Fluid dynamics
圖 4.39 液流阻尼器之遲滯迴圈比較 (θ =160rad，R=8mm、L=11mm、h=0.72mm)
-5 -2.5 0 2.5 5 Diaplacement(mm)
-400 -200 0 200 400
Force(kgf)
5 Hz CRM_1 Fluid dynamics
圖 4.40 液流阻尼器之遲滯迴圈比較 (θ =130rad，R=8mm、L=11mm、h=0.72mm)