系統識別號 | U0002-2106202114530500 |
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DOI | 10.6846/TKU.2021.00535 |
論文名稱(中文) | 三節式探空火箭結構振動分析 |
論文名稱(英文) | Internal Resonance Ananlysis of three-stage Space Rocket Structure Vibration |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 航空太空工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Aerospace Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 109 |
學期 | 2 |
出版年 | 110 |
研究生(中文) | 龔敏瑄 |
研究生(英文) | Min-Xuan Gong |
學號 | 609430086 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2021-06-03 |
論文頁數 | 114頁 |
口試委員 |
指導教授
-
王怡仁(090730@mail.tku.edu.tw)
委員 - 李貫銘(kmli@ntu.edu.tw) 委員 - 洪建君(chienchun.hung@mail.tku.edu.tw) 委員 - 王怡仁(090730@mail.tku.edu.tw) |
關鍵字(中) |
多尺度法 非線性振動 內共振 最佳減振 |
關鍵字(英) |
Nonlinear Vibrations Internal Resonance Optimal Vibration Reduction Method of Multiple Scales |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
本研究探討三節箭身受外力激擾而產生之非線性振動現象,主要分析三節火箭箭身在特定情況下所產生內共振的現象;由於三節火箭之幾何結構外型等因素,會產生能量傳遞現象,因此吾人將改變三節火箭之長度比與直徑比使系統產生1:3內共振。由於截面為圓形且對稱,截面為圓形會消除非線性耦合項,因此扭轉項不會產生內共振,本研究僅考慮橫向及側向耦合的內共振現象。吾人採用時間多尺度法(MOMS)以解決非線性問題,並使用fixed points圖分析在不同外力影響下,箭身各模態之振幅與頻率響應,最後以數值法驗證本理論之準確性。 為了使箭身減少能有效減振,吾人在箭身裝設兩個減振環探討兩環相對位置、質量、彈性係數、阻尼係數對主體系統減振的影響以達到避開內共振及找出最佳減振效益,並以三維最大振幅等值線圖歸納出最佳減振組合。而後,以實驗量測三節箭身之模型在自由邊界條件下,所敲擊之頻率及振幅與理論驗證安裝減振環之最佳減振效應。 |
英文摘要 |
The research analyzes the nonlinear vibration phenomenon of the three-stage rocket body when it disturbed by external forces. It mainly analyzes the phenomenon of internal resonance of the three-stage rocket body under certain circumstances; due to factors such as the geometric structure and appearance of the three-section rocket, the phenomenon of energy transfer occurs. Therefore, we will change the ratio of the length to the diameter of the three-stage rocket to make the system 1:3 internal resonance. Since the section is circular and symmetrical, a circular section will eliminate the nonlinear coupling term, so the torsion term will not produce internal resonance. The research only considers the internal resonance phenomenon of lateral and lateral coupling. We use the Method of Multiple Scales(MOMS) to solve the nonlinear problem, and use the fixed points plots to analyze the amplitude and frequency response of each mode of the body under the influence of different external forces. Finally, the accuracy of the theory is verified by a numerical method. In order to reduce the body and effectively reduce the vibration, we installed two damping rings on the body to discuss the relative position, mass, elastic coefficient, and damping coefficient of the two rings on the vibration damping of the main system to avoid internal resonance and find out The best damping benefit, and the best damping combination is summarized by the three-dimensional maximum amplitude contour map. Then, experimentally measured the frequency and amplitude of the three-section arrow model under free boundary conditions, and theoretically verified the best damping effect of the installed damping ring. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
摘要 I 目錄 IV 圖目錄 VI 表目錄 XIV 第一章 緒論 1 1.1研究動機 1 1.2文獻回顧 2 1.3研究方法 5 第二章 三節箭身理論模式之建立與分析 7 2.1運動方程式 7 2.2多尺度法 12 2.3系統內共振之條件 15 2.4系統之頻率響應分析 23 2.5雙節理論驗證 36 2.6風壓與振幅之關係 37 第三章 附加減振環之理論分析 39 3.1減振環之理論模式 39 3.2節箭身附加減振環之頻率響應分析 41 3. 3D MAP及2D MACP之分析 47 第四章 三節箭身設計及實作 48 第五章 結論 50 參考文獻 51 附錄(一) 傳遞矩陣法相關矩陣及參數定義 54 附錄(二) 時間項通解之表示式 55 附錄(三) 火箭箭身各模態之正交積分參數 56 論文簡要版 107 圖目錄 圖 2.1三節橫樑座標定義與座標示意圖 59 圖 2.2頻率與長度比之內共振現象 59 圖 2.3直徑比為1:0.8:0.44之頻率與長度比之內共振現象 60 圖2.4直徑比1:0.75:0.75 之振動模態 61 圖2.5直徑比1:0.75:0.75 之振動模態 61 圖2.6直徑比1:0.75:0.75 之振動模態 62 圖2.7直徑比1:0.75:0.75 之振動模態 62 圖2.8直徑比1:0.8:0.44 之振動模態 63 圖2.9直徑比1:0.8:0.44 之振動模態 63 圖2.10直徑比1:0.8:0.44 之振動模態 64 圖2.11直徑比1:0.8:0.44 之振動模態 64 圖 2.12直徑比1:0.75:0.75 之 y、z方向第一模態受 力之fixed points圖 65 圖 2.13直徑比1:0.75:0.75 之 y、z方向第二模態受 力之fixed points圖 65 圖 2.14直徑比1:0.75:0.75 之 y、z方向第一模態受力之fixed points圖 66 圖 2.15直徑比1:0.75:0.75 之 y、z方向第二模態受力之fixed points圖 66 圖 2.16直徑比1:0.75:0.75 之 y、z方向第一模態受力之fixed points圖 67 圖 2.17直徑比1:0.75:0.75 之 y、z方向第二模態受力之fixed points圖 67 圖2 .18直徑比1:0.75:0.75 之 y、z方向第一模態 受力之fixed points圖 68 圖2 .19直徑比1:0.75:0.75 之 y、z方向第二模態 受力之fixed points圖 68 圖2.20直徑比1:0.8:0.44 之 y、z方向第一模態受力之fixed points圖 69 圖2.21直徑比1:0.8:0.44 之 y、z方向第二模態受力之fixed points圖 69 圖2.22直徑比1:0.8:0.44 之 y、z方向第一模態受力之fixed points圖 70 圖2.23直徑比1:0.8:0.44 之 y、z方向第二模態受力之fixed points圖 70 圖2.24直徑比1:0.8:0.44 之 y、z方向第一模態受力之fixed points圖 71 圖2.25直徑比1:0.8:0.44 之 y、z方向第二模態受力之fixed points圖 71 圖2.26直徑比1:0.8:0.44 之 y、z方向第一模態受力之fixed points圖 72 圖2.27直徑比1:0.8:0.44 之 y、z方向第二模態受力之fixed points圖 72 圖 2.28 直徑比1:0.75:0.75 之箭身y方向第一模態受力之相位圖與數值驗證圖 73 圖 2.29 直徑比1:0.75:0.75 之箭身y方向第二模態受力之相位圖與數值驗證圖 73 圖 2.30 直徑比1:0.75:0.75 之箭身y方向第一模態受力之相位圖與數值驗證圖 74 圖 2.31 直徑比1:0.75:0.75 之箭身y方向第二模態受力之相位圖與數值驗證圖 74 圖 2.32 直徑比1:0.75:0.75 之箭身y方向第一模態受力之相位圖與數值驗證圖 75 圖 2.33 直徑比1:0.75:0.75 之箭身y方向第二模態受力之相位圖與數值驗證圖 75 圖 2.34 直徑比1:0.75:0.75 之箭身y方向第一模態受力之相位圖與數值驗證圖 76 圖 2.35 直徑比1:0.75:0.75 之箭身y方向第二模態受力之相位圖與數值驗證圖 76 圖 2.36 直徑比1:0.8:0.44 之箭身y方向第一模態受力之相位圖與數值驗證 77 圖 2.37 直徑比1:0.8:0.44 之箭身y方向第二模態受力之相位圖與數值驗證 77 圖 2.38 直徑比1:0.8:0.44 之箭身y方向第一模態受力之相位圖與數值驗證 78 圖 2.39 直徑比1:0.8:0.44 之箭身y方向第二模態受力之相位圖與數值驗證 78 圖 2.40 直徑比1:0.8:0.44 之箭身y方向第一模態受力之相位圖與數值驗證 79 圖 2.41 直徑比1:0.8:0.44 之箭身y方向第二模態受力之相位圖與數值驗證 79 圖 2.42 直徑比1:0.8:0.44 之箭身y方向第一模態受力之相位圖與數值驗證 80 圖 2.43 直徑比1:0.8:0.44 之箭身y方向第二模態受力之相位圖與數值驗證 80 圖2.44直徑比 1:0.75:0.75 之內共振之條件 81 圖2.45直徑比1:0.75:0.75 之箭身於y方向第一模態受力時之振幅─外力關係圖 82 圖2.46直徑比1:0.75:0.75 之箭身於y方向第一模態受力時之振幅─外力關係圖 82 圖2.47直徑比1:0.75:0.75 之箭身於y方向第一模態受力時之振幅─外力關係圖 83 圖2.48直徑比1:0.75:0.75 之箭身於y方向第一模態受力時之振幅─外力關係圖 83 圖2.49直徑比1:0.8:0.44 之箭身於y方向第一模態受力時之振幅─外力關係圖 84 圖2.50直徑比1:0.8:0.44 之箭身於y方向第一模態受力時之振幅─外力關係圖 84 圖2.51直徑比1:0.8:0.44 之箭身於y方向第一模態受力時之振幅─外力關係圖 85 圖2.52直徑比1:0.8:0.44 之箭身於y方向第一模態受力時之振幅─外力關係圖 85 圖2.53直徑比1:0.75:0.75 之箭身於y方向第二模態受力時之振幅─外力關係圖 86 圖2.54直徑比1:0.75:0.75 之箭身於y方向第二模態受力時之振幅─外力關係圖 86 圖2.55直徑比1:0.75:0.75 之箭身於y方向第二模態受力時之振幅─外力關係圖 87 圖2.56直徑比1:0.75:0.75 之箭身於y方向第二模態受力時之振幅─外力關係圖 87 圖2.57直徑比1:0.8:0.44 之箭身於y方向第二模態受力時之振幅─外力關係圖 88 圖2.58直徑比1:0.8:0.44 之箭身於y方向第二模態受力時之振幅─外力關係圖 88 圖2.59直徑比1:0.8:0.44 之箭身於y方向第二模態受力時之振幅─外力關係圖 89 圖2.60直徑比1:0.8:0.44 之箭身於y方向第二模態受力時之振幅─外力關係圖 89 圖3.1直徑比為1:0.8:0.44 加減振環之y方向第一模態fixed points 圖 90 圖3.2直徑比為1:0.8:0.44 加減振環之y方向第二模態fixed points 圖 90 圖3.3直徑比為1:0.8:0.44 加減振環之y方向第一模態之3D MAP圖( gs=0.1) 91 圖3.4直徑比為1:0.8:0.44 加減振環之y方向第一模態之3D MAP圖( gs=0.5) 91 圖3.5直徑比為1:0.8:0.44 加減振環之y方向第一模態之3D MAP圖( gs=0.9) 92 圖3.6直徑比為1:0.8:0.44 加減振環之y方向第一模態之2D MACP圖( gs=0.1) 92 圖3.7直徑比為1:0.8:0.44 加減振環之y方向第一模態之2D MACP圖( gs=0.5) 93 圖3.8直徑比為1:0.8:0.44 加減振環之y方向第一模態之2D MACP圖( gs=0.9) 93 圖4.1 直徑比為 1:0.8:0.44 之3D模型 94 圖4.2 直徑比為 1:0.8:0.44 之實體 95 圖4.3 衝擊錘外觀 96 圖4.4 由衝擊錘實驗產生之頻率為 97 圖4.5 IMC 資料收集器 97 圖4.6振動器(shaker)外觀 98 圖4.7位移計外觀 98 圖4.8流程圖(Flow chart) 99 圖4.9加減振環量其位位移實驗圖 100 圖4.10未加減振環之位移(中間段) 101 圖4.11未加減振環之位移(尾端) 101 圖4.12未加減振環之位移(前端) 101 圖4.13減振環外觀 102 圖4.14加減振環置於兩端之位移(中間段)103 圖4.15減振環置於兩端之位移(尾端) 103 圖4.16減振環置於兩端之位移(前端) 104 圖4.17減振環置於同側之位移(中間段) 104 圖4.18減振環置於同側之位移(尾端) 105 圖4.19減振環置於同側之位移(前端) 105 表目錄 表1 減振環影響之位移量 106 |
參考文獻 |
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