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( Updated : October 27, 2021 )
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這個單元來看的是，在進行結構系統的振動模擬分析時，如何對問題作適當的定義？本單元提出以【 F-GMBI-R 】，這幾個英文字母的組合，以能夠有系統化的思維。 甚麼是問題定義？為什麼需要對問題作定義？問題定義重要嗎？如何正確的、完整的、有效率的思考規畫問題定義？甚麼是【 F-GMBI-R 】？以【 F-GMBI-R 】如何思維問題定義？ 【 F-GMBI-R 】是在電腦輔助工程分析 Computer Aided Engineering, CAE 課程中，為了引導同學思考如何問題定義的「心法」，接下來，就來談【 F-GMBI-R 】的概念。 首先，由 ISO 、 SPR 的角度來看系統方塊圖 system block diagram ，再來談【 F-GMBI-R 】： 1. ISO ： Input 、 System 、 Output ，分別是：輸入、系統、輸出，如圖示，典型的 ISO 輸入輸出之系統方塊圖。 2. SPR ： Source 、 Path 、 Response ，分別是：激振源、路徑、響應。其中， R 也有以 Receiver 接受者來表示。如果是振動噪音議題， Source 也就是系統之振動噪音的激振源 excitation source 。 Path 路徑呢？以圖示鼓鈸打擊樂器來看，路徑 Path 又可以區別為： 1 結構路徑 structural path 、及 2 空氣路徑 air path 。 Response 響應來看呢？結構路徑上會有振動響應，鼓鈸結構，受到敲擊力的激振源，使得結構產生振動，進而，透過空氣路徑，由大氣壓力的波動，人耳可以感知所散發的聲音。 3. F-GMBI-R ：由圖示，可知 F 代表的是輸入 Input 、激振源 Source ； GMBI 就是系統資訊，分別是幾何 Geometry 、材料 Material 、邊界 Boundary 、接觸介面 Interface ； R 就是系統的輸出 output 、響應 response 。 以鼓鈸為例，若要探討敲擊鼓鈸的模擬分析，了解所產生的振動以及聲音特性，就需要對此結構系統進行問題定義，依照【 F-GMBI-R 】的提示，建構系統模擬分析之問題定義，概述如下： 1. F ： force 代號，泛指系統的外力負荷 external loadings ：基本上有兩種形式： 1 外力形式 ，例如鼓鈸的振動與聲音分析，就是以打擊棒敲擊鼓鈸的衝擊力。當然，不同的打擊棒，尤其是棒頭的材質，是會影響實際打擊力的狀態。所以，若要簡化此衝擊分析，就需要取得打擊棒的等效力。 2 位移形式 ，譬如說地震，對建築物產生振動的機制來看，是地表有了位移形式的激振，進而引發了建築物的振動響應。又，位移的微分可得速度，速度的微分可得到加速度，所以，位移、速度、加速度是相同形式的激振源概念。事實上，地震的強度是以地表震動的加速度大小來界定之。 2. G ： geometry 代號，泛指系統及其零組件的幾何模型 ：諸如結構的形狀、尺寸等，均須能對應實際結構明確建立。如果，考慮如鼓鈸結構的音場分析，還需要加入如圖示的空氣幾何模型。 3. B ： boundary 代號，泛指結構系統之邊界狀態 ：在鼓鈸案例，如圖示，鼓鈸中心孔是以螺栓鎖固在琴架上。對應鼓鈸實際邊界的模擬，如果，忽略螺栓，就須在中心孔位置，以固定方式模擬之。每一種結構都有其實際的邊界狀態，理念上，就是需定義設置對應的邊界條件。 5. I ： interface 代號，泛指各零組件的組裝接合介面狀態 ：就鼓鈸來說，這個圓盤結構就是單一的結構體，如果，以邊界條件模擬螺栓鎖固，那麼就沒有介面 interface 的需求。但是，如果考慮螺栓鎖固，就需要定義以及界定接觸介面的參數設定，當然，分析模型的複雜度較高。對於一般的產品結構分析，會有許多零組件的不同接合方式、不同接觸狀態，以分析模型來說，任意倆倆接觸或接合的部位，都需要有 interface 的明確定義。 6. R ： response ，泛指系統的響應 ：完成以上 F-GMBI 的輸入及系統定義，接著就是思考有那些有興趣的輸出響應？可以從分析類型來看： 1 結構靜力分析 static analysis ，也就負荷是固定不變的，結構系統之分析模擬，主要在求得結構的變形及其應力狀態。 2 結構振動暫態響應分析 transient response analysis ，若考慮是隨時間變動的負荷，分析目標可能就需要了解，結構系統隨時間變化的狀態，包括結構的位移、速度、加速度等都是有興趣的輸出參數，當然也可解析出結構的應力狀態。 3 結構聲振耦合分析 vibro-acoustic analysis ，以鼓鈸為例，就是要求得敲擊鼓鈸後，所產生的聲音輻射 sound radiation 的聲音壓力 sound pressure 狀態。 會討論【 F-GMBI-R 】這個單元，因為， CAE 工程師的任務就是要進行模擬分析 simulation analysis ， simulation 也可以說是「仿真」，也就是要「模仿真實結構的狀態」，對於想要分析的問題，就必須要有明確的定義，簡單說就是本文提到的 ISO 及 SPR 系統方塊圖概念。而要正確的、完整的、有效率的思考規畫問題定義及分析目標，本單元的建議，就是【 F-GMBI-R 】。 這個單元介紹的重點，在以【 F-GMBI-R 】的系統化思維之思考模式，來探討問題定義。重要的意義，在討論如何明確的交代 ISO 、 SPR 的訊息。其中， GMBI 就是系統的資訊， F 及 R 分別代表了輸入及有興趣的輸出。希望由【 F-GMBI-R 】對讀者於結構系統的模擬仿真分析，在定義問題、界定分析目標、探討分析模型有所幫助，並了解與體會【 F-GMBI-R 】心法的意義。 以上個人看法，請多指教！ 王栢村 關於我們 會員類別介紹 常見問與答 聯盟營運模式. 會員介紹 學術單位 T 法人單位 R 設備端廠商 E 應用端廠商 A. 相關連結 國立屏東科技大學 機械工程系 振動噪音實驗室. 廣告託播 廣告託播. 振動噪音產學技術聯盟 Facebook粉絲專頁. 振動噪音產學聯盟總部實驗室 振動噪音實驗室. 下午 振動噪音科普專欄 專家-王栢村教授 No comments. 這個單元來看的是，在進行結構系統的振動模擬分析時，如何對問題作適當的定義？本單元提出以【 F-GMBI-R 】，這幾個英文字母的組合，以能夠有系統化的思維。. 甚麼是問題定義？為什麼需要對問題作定義？問題定義重要嗎？如何正確的、完整的、有效率的思考規畫問題定義？甚麼是【 F-GMBI-R 】？以【 F-GMBI-R 】如何思維問題定義？. 首先，由 ISO 、 SPR 的角度來看系統方塊圖 system block diagram ，再來談【 F-GMBI-R 】：. ISO ： Input 、 System 、 Output ，分別是：輸入、系統、輸出，如圖示，典型的 ISO 輸入輸出之系統方塊圖。. SPR ： Source 、 Path 、 Response ，分別是：激振源、路徑、響應。其中， R 也有以 Receiver 接受者來表示。如果是振動噪音議題， Source 也就是系統之振動噪音的激振源 excitation source 。 Path 路徑呢？以圖示鼓鈸打擊樂器來看，路徑 Path 又可以區別為： 1 結構路徑 structural path 、及 2 空氣路徑 air path 。 Response 響應來看呢？結構路徑上會有振動響應，鼓鈸結構，受到敲擊力的激振源，使得結構產生振動，進而，透過空氣路徑，由大氣壓力的波動，人耳可以感知所散發的聲音。. F-GMBI-R ：由圖示，可知 F 代表的是輸入 Input 、激振源 Source ； GMBI 就是系統資訊，分別是幾何 Geometry 、材料 Material 、邊界 Boundary 、接觸介面 Interface ； R 就是系統的輸出 output 、響應 response 。. 以鼓鈸為例，若要探討敲擊鼓鈸的模擬分析，了解所產生的振動以及聲音特性，就需要對此結構系統進行問題定義，依照【 F-GMBI-R 】的提示，建構系統模擬分析之問題定義，概述如下：. F ： force 代號，泛指系統的外力負荷 external loadings ：基本上有兩種形式： 1 外力形式 ，例如鼓鈸的振動與聲音分析，就是以打擊棒敲擊鼓鈸的衝擊力。當然，不同的打擊棒，尤其是棒頭的材質，是會影響實際打擊力的狀態。所以，若要簡化此衝擊分析，就需要取得打擊棒的等效力。 2 位移形式 ，譬如說地震，對建築物產生振動的機制來看，是地表有了位移形式的激振，進而引發了建築物的振動響應。又，位移的微分可得速度，速度的微分可得到加速度，所以，位移、速度、加速度是相同形式的激振源概念。事實上，地震的強度是以地表震動的加速度大小來界定之。. G ： geometry 代號，泛指系統及其零組件的幾何模型 ：諸如結構的形狀、尺寸等，均須能對應實際結構明確建立。如果，考慮如鼓鈸結構的音場分析，還需要加入如圖示的空氣幾何模型。. B ： boundary 代號，泛指結構系統之邊界狀態 ：在鼓鈸案例，如圖示，鼓鈸中心孔是以螺栓鎖固在琴架上。對應鼓鈸實際邊界的模擬，如果，忽略螺栓，就須在中心孔位置，以固定方式模擬之。每一種結構都有其實際的邊界狀態，理念上，就是需定義設置對應的邊界條件。. I ： interface 代號，泛指各零組件的組裝接合介面狀態 ：就鼓鈸來說，這個圓盤結構就是單一的結構體，如果，以邊界條件模擬螺栓鎖固，那麼就沒有介面 interface 的需求。但是，如果考慮螺栓鎖固，就需要定義以及界定接觸介面的參數設定，當然，分析模型的複雜度較高。對於一般的產品結構分析，會有許多零組件的不同接合方式、不同接觸狀態，以分析模型來說，任意倆倆接觸或接合的部位，都需要有 interface 的明確定義。. R ： response ，泛指系統的響應 ：完成以上 F-GMBI 的輸入及系統定義，接著就是思考有那些有興趣的輸出響應？可以從分析類型來看： 1 結構靜力分析 static analysis ，也就負荷是固定不變的，結構系統之分析模擬，主要在求得結構的變形及其應力狀態。 2 結構振動暫態響應分析 transient response analysis ，若考慮是隨時間變動的負荷，分析目標可能就需要了解，結構系統隨時間變化的狀態，包括結構的位移、速度、加速度等都是有興趣的輸出參數，當然也可解析出結構的應力狀態。 3 結構聲振耦合分析 vibro-acoustic analysis ，以鼓鈸為例，就是要求得敲擊鼓鈸後，所產生的聲音輻射 sound radiation 的聲音壓力 sound pressure 狀態。. 會討論【 F-GMBI-R 】這個單元，因為， CAE 工程師的任務就是要進行模擬分析 simulation analysis ， simulation 也可以說是「仿真」，也就是要「模仿真實結構的狀態」，對於想要分析的問題，就必須要有明確的定義，簡單說就是本文提到的 ISO 及 SPR 系統方塊圖概念。而要正確的、完整的、有效率的思考規畫問題定義及分析目標，本單元的建議，就是【 F-GMBI-R 】。. 這個單元介紹的重點，在以【 F-GMBI-R 】的系統化思維之思考模式，來探討問題定義。重要的意義，在討論如何明確的交代 ISO 、 SPR 的訊息。其中， GMBI 就是系統的資訊， F 及 R 分別代表了輸入及有興趣的輸出。希望由【 F-GMBI-R 】對讀者於結構系統的模擬仿真分析，在定義問題、界定分析目標、探討分析模型有所幫助，並了解與體會【 F-GMBI-R 】心法的意義。. 較新的文章 較舊的文章 首頁. 熱門文章 類別 所有文章 Popular Posts 《振動噪音科普專欄》聲音壓力位準 dB 和 dB A 有甚麼不同？ 振動噪音科普專欄 《振動噪音科普專欄》甚麼是三分之一八音頻帶 one third octave band ？ 《振動噪音科普專欄》音階標準頻率 《振動噪音科普專欄》甚麼是dB？ 【振動噪音產學技術聯盟】緩衝材動態剛性測試. 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