目錄	IV
表目錄	V
圖目錄	VII
第一章 緒論	1
一、1.研究動機	1
一、2.文獻回顧	3
一、3.研究方法	13
第二章 理論模型之建立與分析	17
二、1.流體輸送管系統之建立	18
二、2.非線性流固耦合運動方程式之推導	19
二、3.勞倫茲力之建立及分析	27
二、4.非線性懸臂樑運動方程式之推導	30
二、5.壓電方程理論模型之建立	32
第三章 頻率響應之分析	34
三、1.多尺度法	34
三、2.彈性樑模態之分析	36
三、3.系統頻率響應之解析	38
三、4.時間響應及發電效益之數值分析	52
第四章 實驗量測	74
四、1.實驗裝置設計	74
四、2.自然振動頻率之量測	78
四、3.系統內電阻之量測	79
四、4.系統之位移量測及理論驗證	86
四、4.1減振器位於1/2處之位移	90
四、4.2減振器位於1/4處之位移	100
四、4.3改變彈簧彈性係數之位移	109
四、5.系統之電壓量測及理論驗證	114
四、5.1減振器位於1/2處之電壓	114
四、5.2減振器位於1/4處之電壓	123
四、5.3改變彈簧彈性係數之電壓	128
第五章 結論	136
參考文獻	140
附錄(一)無因次參數定義	145
附錄(二)各項係數之參數定義	147
附錄(三)各項係數定義	148
附錄(四)壓電片之材料參數資料	149
論文簡要版	150

表目錄
表 1 激擾不同模態之各模態最大振幅	51
表 2 無附加減振器之流管 Fixed Points Plots 振幅與 Time Response之位移比較	62
表 3 有無附加減振器之流管振幅	67
表 4 減振器置於不同位置造成彈性樑之位移	72
表 5 減振器置於不同位置之無因次電壓	72
表 6 有因次理論及實驗之自然振動頻率對照表	79
表 7 不同負載電阻量測之小磁鐵系統電壓	83
表 8 不同負載電阻量測之大磁鐵系統電壓	85
表 9 無減振器之有因次理論與實驗流管位移比較	89
表 10 流管1/2處附加大磁鐵系統之減振器理論位移均方根值	94
表 11 流管1/2處附加大磁鐵系統之減振器實驗均方根值	94
表 12 流管1/2處附加小磁鐵系統之減振器理論位移均方根值	99
表 13 流管1/2處附加小磁鐵系統之減振器實驗均方根值	99
表 14 流管1/4處附加大磁鐵系統之減振器理論位移均方根值	103
表 15 流管1/4處附加大磁鐵系統之減振器實驗均方根值	104
表 16 流管1/4處附加小磁鐵系統之減振器理論位移均方根值	108
表 17 流管1/4處附加小磁鐵系統之減振器實驗均方根值	108
表 18 更換彈簧之大磁鐵系統減振器有因次理論均方根值	111
表 19 更換彈簧之大磁鐵系統減振器實驗均方根值	112
表 20 更換彈簧之小磁鐵系統減振器有因次理論均方根值	112
表 21 更換彈簧之小磁鐵系統減振器實驗均方根值	113
表 22 流管1/2處附加大磁鐵系統之減振器理論與實驗均方電壓	122
表 23 流管1/2處附加小磁鐵系統之減振器理論與實驗均方電壓	122
表 24 流管1/4處附加大磁鐵系統之減振器理論與實驗均方電壓	127
表 25 流管1/4處附加小磁鐵系統之減振器理論與實驗均方電壓	127
表 26 不同彈性係數附加大磁鐵系統之減振器理論與實驗均方電壓	131
表 27 不同彈性係數附加小磁鐵系統之減振器理論與實驗均方電壓	131
表 28 大磁鐵與小磁鐵系統均方電壓與功率對照表	132
表 29 最佳減振及發電組合對照表	134

圖目錄
圖 1 流固耦合能量擷取系統示意圖	3
圖 2 流固耦合能量擷取系統3D示意圖	3
圖 3 流固耦合實驗示意圖	16
圖 4 具減振器之流體輸送管系統示意圖	19
圖 5 流固耦合之小元素示意圖	20
圖 6 勞倫茲力作用於系統上之示意圖	28
圖 7 系統前三模態圖	38
圖 8 激擾第一模態之第一模態Fixed Points Plot	47
圖 9 激擾第一模態之第二模態Fixed Points Plot	47
圖 10 激擾第一模態之第三模態Fixed Points Plot	48
圖 11 激擾第二模態之第一模態 Fixed Points Plot	48
圖 12 激擾第二模態之第二模態 Fixed Points Plot	49
圖 13 激擾第二模態之第三模態 Fixed Points Plot	49
圖 14 激擾第三模態之第一模態 Fixed Points Plot	50
圖 15 激擾第三模態之第二模態 Fixed Points Plot	50
圖 16 激擾第三模態之第三模態 Fixed Points Plot	51
圖 17 第一模態 Fixed Points Plot 和 Phase Plot 、 Time Response 相互驗證比較圖	59
圖 18 第二模態 Fixed Points Plot 和 Phase Plot 、 Time Response 相互驗證比較圖	60
圖 19 第三模態 Fixed Points Plot 和 Phase Plot 、 Time Response 相互驗證比較圖	61
圖 20 第一模態 Tube 無附加減振器 (a)Phase Plot (b)Time Response	63
圖 21 第一模態 Tube 減振器置於x =0.25 (a)Phase Plot (b)Time Response	63
圖 22 第一模態 Tube 減振器置於x=0.5 (a)Phase Plot (b)Time Response	64
圖 23 第二模態 Tube 無附加減振器 (a)Phase Plot (b)Time  Response	64
圖 24 第二模態 Tube 減振器置於x =0.25 (a)Phase Plot (b)Time Response	65
圖 25 第二模態 Tube 減振器置於x=0.5 (a)Phase Plot (b)Time Response	65
圖 26 第三模態 Tube 無附加減振器 (a)Phase Plot (b)Time  Response	66
圖 27 第三模態 Tube 減振器置於x =0.25 (a)Phase Plot (b)Time Response	66
圖 28 第三模態 Tube 減振器置於x =0.5 (a)Phase Plot (b)Time Response	67
圖 29 第一模態 Beam 之 Phase Plot (a)減振器置於 x=0.25	68
圖 30 第一模態 Beam 之 Time Response (a)減振器置於 x=0.25	68
圖 31 第一模態 Beam 之 無因次電壓圖 (a)減振器置於 x=0.25	69
圖 32 第二模態 Beam 之 Phase Plot (a)減振器置於 x=0.25	69
圖 33 第二模態 Beam 之 Time Response (a)減振器置於 x=0.25	70
圖 34 第二模態 Beam 之 無因次電壓圖 (a)減振器置於 x=0.25	70
圖 35 第三模態 Beam 之 Phase Plot (a)減振器置於 x=0.25	71
圖 36 第三模態 Beam 之 Time Response (a)減振器置於 x=0.25	71
圖 37 第二模態 Beam 之 無因次電壓圖 (a)減振器置於 x=0.25	72
圖 38 流管減振及磁電雙穩態振動擷能系統實驗示意圖	75
圖 39 線性滑軌與減振器	75
圖 40 流管減振實驗裝置上視圖	77
圖 41 流管減振實驗裝置側視圖	77
圖 42 實驗量測之滿水流體輸送管自然振動頻率	78
圖 43 小磁鐵系統之歐姆-伏特圖	82
圖 44 小磁鐵系統之歐姆-功率圖	82
圖 45 大磁鐵系統之歐姆-伏特圖	84
圖 46 大磁鐵系統之歐姆-功率圖	84
圖 47 振動器置於流管1/4處激擾第一模態之位移	86
圖 48 振動器置於流管1/2處激擾第一模態之位移	87
圖 49 振動器置於流管3/4處激擾第一模態之位移	87
圖 50 振動器置於流管1/4處激擾第二模態之位移	88
圖 51 振動器置於流管1/2處激擾第二模態之位移	88
圖 52 振動器置於流管3/4處激擾第二模態之位移	89
圖 53 激擾第一模態振動器置於流管1/4處、流管1/2處附加大磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖	90
圖 54 激擾第一模態振動器置於流管1/2處、流管1/2處附加大磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖	91
圖 55 激擾第一模態振動器置於流管3/4處、流管1/2處附加大磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖	91
圖 56 激擾第二模態振動器置於流管1/4處、流管1/2處附加大磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖	92
圖 57 激擾第二模態振動器置於流管1/2處、流管1/2處附加大磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖 (c)有因次理論位移放大圖 (d)實驗位移放大圖	93
圖 58 激擾第二模態振動器置於流管3/4處、流管1/2處附加大磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖	93
圖 59 激擾第一模態振動器置於流管1/4處、流管1/2處附加小磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖	95
圖 60 激擾第一模態振動器置於流管1/2處、流管1/2處附加小磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖	96
圖 61 激擾第一模態振動器置於流管3/4處、流管1/2處附加小磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖	96
圖 62 激擾第二模態振動器置於流管1/4處、流管1/2處附加小磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖	97
圖 63 激擾第二模態振動器置於流管1/2處、流管1/2處附加小磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖 (c)有因次理論位移放大圖 (d)實驗位移放大圖	98
圖 64 激擾第二模態振動器置於流管3/4處、流管1/2處附加小磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖	98
圖 65 激擾第一模態振動器置於流管1/4處、流管1/4處附加大磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖	100
圖 66 激擾第一模態振動器置於流管1/2處、流管1/4處附加大磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖	101
圖 67 激擾第一模態振動器置於流管3/4處、流管1/4處附加大磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖	101
圖 68 激擾第二模態振動器置於流管1/4處、流管1/4處附加大磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖	102
圖 69 激擾第二模態振動器置於流管1/2處、流管1/4處附加大磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖	102
圖 70 激擾第二模態振動器置於流管3/4處、流管1/4處附加大磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖	103
圖 71 激擾第一模態振動器置於流管1/4處、流管1/4處附加小磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖	105
圖 72 激擾第一模態振動器置於流管1/2處、流管1/4處附加小磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖	105
圖 73 激擾第一模態振動器置於流管3/4處、流管1/4處附加小磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖	106
圖 74 激擾第二模態振動器置於流管1/4處、流管1/4處附加小磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖	106
圖 75 激擾第二模態振動器置於流管1/2處、流管1/4處附加小磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖	107
圖 76 激擾第二模態振動器置於流管3/4處、流管1/4處附加小磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論位移圖 (b)實驗位移圖	107
圖 77 激擾第一模態之彈性常數k=13.3附加大磁鐵系統之減振器	109
圖 78 激擾第一模態之彈性常數k=12.5附加大磁鐵系統之減振器	110
圖 79 激擾第一模態之彈性常數k=13.3附加小磁鐵系統之減振器	110
圖 80 激擾第一模態之彈性常數k=12.5附加小磁鐵系統之減振器	111
圖 81 激擾第一模態振動器置於流管1/4處、流管1/2處附加大磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論電壓圖 (b)實驗之電壓圖	115
圖 82 激擾第一模態振動器置於流管1/2處、流管1/2處附加大磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論電壓圖 (b)實驗之電壓圖	115
圖 83 激擾第一模態振動器置於流管3/4處、流管1/2處附加大磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論電壓圖 (b)實驗之電壓圖	116
圖 84 激擾第二模態振動器置於流管1/4處、流管1/2處附加大磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論電壓圖 (b)實驗之電壓圖	116
圖 85 激擾第二模態振動器置於流管1/2處、流管1/2處附加大磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論電壓圖 (b)實驗之電壓圖 (c)有因次理論電壓放大圖 (d)實驗之電壓放大圖	117
圖 86 激擾第二模態振動器置於流管3/4處、流管1/2處附加大磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論電壓圖 (b)實驗之電壓圖	118
圖 87 激擾第一模態振動器置於流管1/4處、流管1/2處附加小磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論電壓圖 (b)實驗之電壓圖	118
圖 88 激擾第一模態振動器置於流管1/2處、流管1/2處附加小磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論電壓圖 (b)實驗之電壓圖	119
圖 89 激擾第一模態振動器置於流管3/4處、流管1/2處附加小磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論電壓圖 (b)實驗之電壓圖	119
圖 90 激擾第二模態振動器置於流管1/4處、流管1/2處附加小磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論電壓圖 (b)實驗之電壓圖	120
圖 91 激擾第二模態振動器置於流管1/2處、流管1/2處附加小磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論電壓圖 (b)實驗之電壓圖 (c)有因次理論電壓放大圖 (d)實驗之電壓放大圖	121
圖 92 激擾第二模態振動器置於流管3/4處、流管1/2處附加小磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論電壓圖 (b)實驗之電壓圖	121
圖 93 激擾第一模態振動器置於流管1/4處、流管1/4處附加大磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論電壓圖 (b)實驗之電壓圖	124
圖 94 激擾第一模態振動器置於流管1/2處、流管1/4處附加大磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論電壓圖 (b)實驗之電壓圖	124
圖 95 激擾第一模態振動器置於流管3/4處、流管1/4處附加大磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論電壓圖 (b)實驗之電壓圖	125
圖 96 激擾第一模態振動器置於流管1/4處、流管1/4處附加小磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論電壓圖 (b)實驗之電壓圖	125
圖 97 激擾第一模態振動器置於流管1/2處、流管1/4處附加小磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論電壓圖 (b)實驗之電壓圖	126
圖 98 激擾第一模態振動器置於流管3/4處、流管1/4處附加小磁鐵系統之減振器 (a)有因次理論電壓圖 (b)實驗之電壓圖	126
圖 99 激擾第一模態彈簧彈性係數k=13.3附加大磁鐵系統之減振器	128
圖 100 激擾第一模態彈簧彈性係數k=12.5附加大磁鐵系統之減振器  (a)有因次理論電壓圖  (b)實驗之電壓圖	129
圖 101 激擾第一模態彈簧彈性係數k=13.3附加小磁鐵系統之減振器  (a)有因次理論電壓圖  (b)實驗之電壓圖	129
圖 102 激擾第一模態彈簧彈性係數k=12.5附加小磁鐵系統之減振器  (a)有因次理論電壓圖  (b)實驗之電壓圖	130

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