本研究以一非線性Bernoulli-Euler Beam為主體，其一端為絞接端(Hinged End)加上扭矩彈簧，另一端則為自由端(Free End)，而下方以非線性彈簧支撐，模擬置於海底上之海底電纜、海底輸油管或任何會振動設備上方之彈性鋼片，並輔之以另一非線性彈性鋼片附加於非線性彈性鋼片主體上，形成雙層彈性鋼片振動系統，吾人會在實驗中加入壓電片並尋找放置於彈性鋼片上的最佳發電位置，藉由兩片彈性鋼片的形變及拍打所產生的振動使壓電片進而產生電能，並在拍打之中，尋找壓電片在甚麼樣的位置會有最好的發電效益，吾人也會在兩片彈性鋼片中間加入彈簧，其目的為利用彈簧之彈性為系統帶來更大的發電效益，完善整個雙層彈性鋼片之獵能系統。本文以多尺度法(Method of multiple Scales(MOMS))將運動方程式分為兩個不同的時間尺度，再找出系統各個模態的振動頻率，並繪製各模態之穩態固定點圖(Fixed Point Plots)，再以時間響應圖(Time Response)驗證之。而後，吾人採用實驗的方法，建立此系統之實驗模型，證明此理論模式是否與實驗結果吻合，以確立此理論模型可以用於實際應用。

This research uses a nonlinear Bernoulli-Euler Beam as the main body, one end of which is a hinged end (Hinged End) plus a torsion spring, and the other end is a free end (Free End), and the bottom is supported by a nonlinear spring. Submarine cables on the seabed, submarine oil pipelines or any elastic steel sheet above the equipment that will vibrate, supplemented by another nonlinear elastic steel sheet attached to the body of the nonlinear elastic steel sheet to form a double elastic steel sheet vibration system. Piezo-patch will be added to the experiment and find the best power generation position placed on the elastic steel sheets. The deformation of the two elastic steel sheets and the vibration generated by the beating will make the piezo-patch generate electricity and beating. Finding where the piezo-patch will have the best power generation benefit, we will also add a spring between the two elastic steel sheets. The purpose is to use the spring’s elasticity to bring greater power generation benefits to the system and improve the entire double Energy hunting system of layered elastic steel sheet. This paper uses the Method of Multiple Scales (MOMS) to divide the equation of motion into two different time scales, and then finds out the vibration frequency of each mode of the system, and draws the fixed point plot of each mode (Fixed Point Plots), and then verify it with Time Response. Then, we used experimental methods to establish an experimental model of the system to prove whether the theoretical model is consistent with the experimental results, and to establish that the theoretical model can be used in practical applications.

目錄
摘要......................................................i
英文摘要.................................................iii
目錄.....................................................iv
表目錄...................................................vi
圖目錄...................................................vii
第一章	緒論...............................................1
  一、1 研究動機..........................................1
一、2 文獻回顧..........................................2
一、3 研究方法...........................................4
第二章 系統理論模型建立...................................6
二、1運動方程式之推導..................................6
二、2 Piezo-Patch的理論方程式............................8
二、3無因次化之運動方程式..............................9
二、4多尺度法(MOMS) .................................10
第三章 系統響應分析......................................12
三、1推導系統之特徵值(Yn)與模態分析.......................12
三、2頻率響應分析.....................................14
三、3 雙層彈性鋼片及壓電片系統分析......................23
第四章 實驗模型建立......................................27
四、1雙層彈性鋼片系統實驗之目的和流程.................27
四、2選取頻率範圍.....................................28
四、3選擇實驗的模態...................................28
四、4 壓電片選擇及擺放及電子設備.......................28
四、5雙層彈性鋼片中彈簧最佳位置及各模態直流電發電效益.30
第五章 結果與討論........................................31
第六章 結論..............................................36
參考文獻.................................................38
附錄(一).................................................40
附錄(二).................................................41
論文簡要版............. .................................76

表目錄
表1 系統在第二模態自然振動頻率下彈簧於各處所產生之電量..42
表2 系統在第三模態自然振動頻率下彈簧於各處所產生之電量..42
表3 雙層彈性鋼片數值模擬以及實驗量測之發電效益..........43

圖目錄
圖1 雙層彈性鋼片主體架構示意圖..........................43
圖2 激擾第一模態之第一模態Fixed Point圖..................44
圖2-2 激擾第一模態之第二模態Fixed Point圖................44
圖2-3 激擾第一模態之第三模態Fixed Point圖................44
圖3 激擾第二模態之第二模態Fixed Point圖..................45
圖3-2激擾第二模態之第三模態Fixed Point圖.................45
圖3-3激擾第二模態之第一模態Fixed Point圖.................45
圖4 激擾第三模態之第三模態Fixed Point圖..................46
圖4-2 激擾第三模態之第一模態Fixed Point圖................46
圖4-3 激擾第三模態之第二模態Fixed Point圖................46
圖5 激擾第一模態之第一模態時間域驗證圖..................47
圖6 激擾第二模態之第二模態時間域驗證圖..................47
圖7 激擾第三模態之第三模態時間域驗證圖..................48
圖8 附加壓電片的雙層彈性鋼片系統之第二模態之電壓圖......48
圖9 附加壓電片的雙層彈性鋼片系統之第三模態之電壓圖......49
圖10 H型支架...........................................49
圖11 H型支架固定於光學桌...............................50
圖12 固定於支架上的振動器...............................50
圖13 提供振動波型的產生器以及訊號放大器.................51
圖14 集研公司所製造的IMC資料收集器.....................51
圖15實驗流程圖.........................................52
圖16 基座質量塊凹型外層三視圖...........................53
圖17 基座質量塊十字型內層三視圖.........................54
圖18 基座質量塊另一凹型外層三視圖.......................55
圖19 質量塊整體.........................................56
圖20 衝擊槌和加速規.....................................57
圖21 由衝擊槌實驗所產生出來的訊號圖.....................57
圖22 將圖18經由快速傅立葉轉換(FFT)所產生的自然振動頻率.58
圖23 橋式全波整流器.....................................58
圖24 電解電容...........................................59
圖25 科鳴股份有限公司所生產的壓電片.....................59
圖26 第二模態彈簧距質量塊50毫米處之電流、電壓、功率圖..60
圖27 第二模態彈簧距質量塊100毫米處之電流、電壓、功率圖.61
圖28 第二模態彈簧距質量塊150毫米處之電流、電壓、功率圖.62
圖29 第二模態彈簧距質量塊200毫米處之電流、電壓、功率圖.63
圖30 第二模態彈簧距質量塊250毫米處之電流、電壓、功率圖.64
圖31 第二模態彈簧距質量塊300毫米處之電流、電壓、功率圖.65
圖32 第二模態彈簧距質量塊350毫米處之電流、電壓、功率圖.66
圖33 第二模態彈簧距質量塊400毫米處之電流、電壓、功率圖.67
圖34 第三模態彈簧距質量塊50毫米處之電流、電壓、功率圖..68
圖35 第三模態彈簧距質量塊100毫米處之電流、電壓、功率圖.69
圖36 第三模態彈簧距質量塊150毫米處之電流、電壓、功率圖.70
圖37 第三模態彈簧距質量塊200毫米處之電流、電壓、功率圖.71
圖38 第三模態彈簧距質量塊250毫米處之電流、電壓、功率圖.72
圖39 第三模態彈簧距質量塊300毫米處之電流、電壓、功率圖.73
圖40 第三模態彈簧距質量塊350毫米處之電流、電壓、功率圖.74
圖41 第三模態彈簧距質量塊400毫米處之電流、電壓、功率圖.75

參考文獻
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