第三章、 模態分析
3.3 Solid element 模擬原型模型分析結果
3.3.1 模擬原型模態分析結果
為了瞭解不同元素間模擬的結果差異性，另外由 ANSYS 使用 Solid element 進行模態分析得到的結果如下圖： JUN 30 2007 00:08:22 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =1 FREQ=76.678 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =596.477 SMN =-478.78 SMX =589.92
1 JUN 29 2007 23:53:28 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =1 FREQ=76.678 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =596.477 SMN =-478.78 SMX =589.92
圖 3-19 Solid 第 1 模態 76.67 Hz 圖 3-20 Solid 第 1 模態 76.67 Hz JUN 30 2007
00:07:47 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =2 FREQ=104.738 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =372.999 SMN =-1.233 SMX =372.732
1 JUN 29 2007
23:54:52 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =2 FREQ=104.738 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =372.999 SMN =-1.233 SMX =372.732
圖 3-21 Solid 第 2 模態 104.74 Hz 圖 3-22 Solid 第 2 模態 104.74 Hz
1 JUN 30 2007
00:06:18 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =3 FREQ=225.926 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =583.49 SMN =-559.137 SMX =565.521
1 JUN 29 2007
23:55:22 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =3 FREQ=225.926 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =583.49 SMN =-559.137 SMX =565.521
圖 3-23 Solid 第 3 模態 225.93 Hz 圖 3-24 Solid 第 3 模態 225.93 Hz JUN 30 2007
00:06:51 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =4 FREQ=1231 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =2964 SMN =-97.464 SMX =2964
1 JUN 29 2007
23:55:50 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =4 FREQ=1231 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =2964 SMN =-97.464 SMX =2964
圖 3-25 Solid 第 4 模態 1231.2 Hz 圖 3-26 Solid 第 4 模態 1231.2 Hz JUN 30 2007
00:05:09 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =5 FREQ=1287 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =2918 SMN =-1120 SMX =2918
1 JUN 29 2007
23:57:44 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =5 FREQ=1287 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =2918 SMN =-1120 SMX =2918
圖 3-27 Solid 第 5 模態 1287.1 Hz 圖 3-28 Solid 第 5 模態 1287.1 Hz
1 JUN 30 2007
00:04:48 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =6 FREQ=2113 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =2781 SMN =-2692 SMX =2781
1 JUN 29 2007
23:58:08 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =6 FREQ=2113 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =2781 SMN =-2692 SMX =2781
圖 3-29 Solid 第 6 模態 2113.3 Hz 圖 3-30 Solid 第 6 模態 2113.3 Hz JUN 30 2007
00:04:27 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =7 FREQ=2161 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =2864 SMN =-2737 SMX =2864
1 JUN 29 2007
23:58:31 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =7 FREQ=2161 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =2864 SMN =-2737 SMX =2864
圖 3-31 Solid 第 7 模態 2161.2 Hz 圖 3-32 Solid 第 7 模態 2161.2 Hz
41.886 94.703
147.521200.338
253.156305.973
358.791411.608 464.426 JUN 30 2007
00:03:47 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =8 FREQ=2914 UY (AVG) RSYS=0 DMX =479.968 SMN =-10.932 SMX =464.426
1
53.33 106.66
159.989213.319
266.649319.979
373.308426.638 479.968 JUN 30 2007
21:05:13 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =8 FREQ=2914 USUM (AVG) RSYS=0 DMX =479.968 SMX =479.968
圖 3-33 Solid 第 8 模態 2914.4 Hz 圖 3-34 Solid 第 8 模態 2914.4 Hz
1
60.357 120.713
181.07 241.426 301.783362.14
422.496482.853 543.209 JUN 30 2007
22:02:33 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =9 FREQ=3186 USUM (AVG) RSYS=0 DMX =543.209 SMX =543.209
1
60.357 120.713
181.07 241.426
301.783362.14
422.496482.853 543.209 JUN 30 2007
21:05:50 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =9 FREQ=3186 USUM (AVG) RSYS=0 DMX =543.209 SMX =543.209
圖 3-35 Solid 第 9 模態 3186.1 Hz 圖 3-36 Solid 第 9 模態 3186.1 Hz JUN 30 2007
00:01:43 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =10 FREQ=3458 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =7921 SMN =-67.583 SMX =7921
1 JUN 29 2007
23:59:36 NODAL SOLUTION
STEP=1 SUB =10 FREQ=3458 UZ (AVG) RSYS=0 DMX =7921 SMN =-67.583 SMX =7921
圖 3-37 Solid 第 10 模態 3457.84 Hz 圖 3-38 Solid 第 10 模態 3457.8 Hz
提高這三個低頻模態的頻率，相信就可以解決大部份的問題。
Solid element model natural frequency
0 1000 2000 3000 4000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Mode
Frequency, Hz
模態
原型共振頻
率 主要的共振行為
共振對平滑 裝置的影響 1 76.7 鏡片載座 Ry 軸旋轉 高 2 104.7 鏡片載座與支撐彈片延 Dz 位移 中 3 225.9 鏡片載座 Rx 軸旋轉 高 4 1231.2 支撐彈片局部振動,鏡片載座不受影響 輕微 5 1287.1 支撐彈片局部振動,鏡片載座不受影響 輕微 6 2113.3 支撐彈片局部振動,鏡片載座不受影響 輕微 7 2161.2 支撐彈片局部振動,鏡片載座不受影響 輕微 8 2914.4 支撐彈片局部振動,鏡片載座 Rz 旋轉 中 9 3186.1 支撐彈片局部振動,鏡片載座 Rz 旋轉 中 10 3457.8 支撐彈片局部振動,鏡片載座不受影響 輕微
Note :
1. Dx，Dy 與 Dz 代表相對於 x，y 與 z 軸位移 2. Rx，Ry 與 Rz 代表相對於 x，y 與 z 軸旋轉 3. 單位:Hz
Solid element 模擬結果討論:
1. 由表 3-2 可以看出在較低的前三個模態中，共振發生後上方鏡片載座會產 生擺動，如此一來會因為鏡片對於光線有不可預期的相對運動，使平順圖 像裝置對光學效能產生很大的影響，所以必須要進行改善。如果在不進行
表 3-2 共振模態與裝置運動效能的關係 圖 3-39 Solid element 元素模態
大規模的設計修改下，改變下方彈片的結構鋼性，那麼就可以增加其整體 結構的抗振能力，而本研究希望提高第一振動頻率的目標就是可行的改善 方向。
2. 再者從結果看來大多數的模態發生都與彈片有關，只有少部分與鏡片載座 有關重新分佈有關，所以提高結構鋼性，進行調整彈片長度或者厚度，應 為提高共振頻率簡單且較好的選擇。
3. 由這幾項模態模擬結果，可以用來做量測時決定觀測位置的參考，以避免 量測時將感測器擺放在振動結點上，錯失數據的完整性。
Shell element 與 Solid element 模擬結果總結:
1. 由圖 3-40 比較的結果可以很明顯看出，不管是用對於穿透式平順圖像裝 置來說，無論是用 Shell element 或 Solid element 分析，只要所有參 數正確，其模態與自然頻率差異量很小。
2. 對於未來進行最佳化分析來說，對於判斷上要分為載座是否產生運動的 現象或是只有局部的振動現象，可確認共振影響性的大小。
3. 由模態結果看來其運動行為可分成，低頻<250Hz 會發生上方鏡片載座有 相對運動，高頻則為下方彈片的運動。
Shell & Solid element model natural frequency
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Mode