機械系統之動態分析與模擬
(Dynamic
analysis and simulation of mechanical systems)
*課號： 522 U4740
*類別： 選修
*課程名稱：機械系統之動態分析與模擬
*主授教師：盧中仁、傅增棣
*學分及時間： ３ (每週一 6, 7, 8節)
*適修年級 ： 大三以上
*課程目的 ：
電腦高速資料存取系統的性能和其機構的動態特性有密切的關係；在產品的設計研發階段，為了分析系統的動態特性與性能，必需仰賴電腦模型進行數值模擬，而其結果的良寙端視模型的正確性而定。本課程即以高速資料存取系統中的光碟機、磁碟機為載具，說明系統動態模型的建立、驗證和修正過程，同時培養修課同學的設計能力。由簡單元件的建構開始逐步加深系統的複雜度，同時教授系統的動態分析方法和模態測試原理。除了比對電腦模型和理論解之外，並藉由電腦動態模擬之助，加深學生對資料存取系統動態特性的了解。期末報告要求修課同學量測資料貯存設備的動態特性、建立其電腦模型、並提出可能的改進方案。
*教材內容 (課程大綱)：
(1) 簡介 （1 小時）
高速資料存取系統的振動問題，機械系統模型的重要性、動態特性、及電腦模擬。
(2) 電腦輔助機構分析原理簡介 （2小時）
機構分析軟體之型式與種類、軟體之架構及基礎原理、主要的應用模組及其功能與應用。
(3) 電腦模擬實用技術 （3小時）
電腦機構模型之主要組成元件及其建構方式、機構之組成方法、動態模擬之類型與執行、分析結果之輸出與判讀、範例說明等。
(4) 振動學原理（9小時）
自由振動、諧和振動、自然頻率、頻率響應函數、暫態響應、脈衝響應函數、convolution integral、特徵值問題、振形、FRF矩陣。
(5) 模擬程序操作及演練 （9小時）
以實例示範電腦輔助機構分析軟體之模型建構方法、分析程序、以及模擬應用與結果呈現、並提供學生實地演練之機會。
(6) 模態測試（8小時）
多自由度系統FRF表示法、振動量測儀器、訊號處理、測試準備和設置、FRF量測、模態參數判定、實驗和分析比對。
實驗：附集中質量樑的振動分析、自由樑的模態測試。
(7) 微系統的模態測試（2小時）
當系統的尺寸減小時，不易在特定點施力激發系統振動，此時基底激振提供了良好解決方案：
實驗：磁碟機磁頭懸臂、AFM探頭懸臂的動態特性量測
(8) 彈性體模擬原理 （3小時）
彈性體之種類及其特性、彈性體模擬方法之運用、軟體模擬結果分析等。
(9) 光碟機、磁碟機簡介（6小時）
光碟機、磁碟機的工作原理；資料存取機構的動態特性；振動、衝擊的防制。詳細說明光碟機的自動平衡系統（ABS）及吸振器機制。
(10) 振動模擬研究 （3小時）
與有限元素分析軟體之整合應用、振動模擬架構與方法之介紹、模擬成效之分析與驗證、案例研究等。
(11) 光碟機振動模擬專題討論 （4小時）
光碟機高速振動之問題現況及重要性、減輕振動之設計實例及其運用、重要設計參數檢討與評估、及振動模擬方法研究。
期末報告：光碟機讀寫機構防振模型設計及模擬專題
*成績評量方式：
作業（20%）、平時考（二次，30%）、專題報告（50%）。
*主要參考書：
“Modal Testing: Theory and Practice”, D. J. Ewins, Taunton, Somerset, England : Research Studies Press, New York, Wiley, 1984.
“The Fast Fourier Transform”, E. O. Brigham, Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, 1974.
“Vibration Testing-Theory and Practice”, K. G. McConnell, John Wiley & Sons, Inc., 1995.
“Mechanism Design: Analysis and Synthesis”, A. G. Erdman, G. N.
Sandor, S. Kota, 4/e, Prentice Hall, 2001.
“Using ADAMS/View”, Mechanical Dynamics, Inc.
*上課方式 ：
a. 以電腦教室演講為主，輔以電腦上機實際練習。
b. 有問題或不清楚、不明白之處，應即發問。
c. 請勿干擾上課（大哥大請關機，且請勿在課堂上聊天）。
d. 考試以實際電腦上機測驗為原則。
*其他教學資源及協助 ：
a. 助教 — 回答或傳達練習疑問，辦公室時間另行約定。
b. 同學 — 相互討論及互動。
c. 書面資料 — 練習手冊、軟體線上說明系統及範例。
d. 電子資料庫 — http://support.adams.com/kb（ADAMS 疑問支援）。
e. 課程大綱檔案下載 — http://140.112.14.4/~ttf/flex.html
*學生可望習得之能力 ：
a. 認識基本動態量測之分析技術及原理，以培養處理精密機械振動問題之觀念及技能。
b. 以商用分析軟體為平台，用實例說明機械系統之設計、分析、量測以至於模擬之一貫工程問題解析的流程及觀念。
c. 在結合振動模態實驗與電腦模擬預測的相互映證比對當中，了解系統動態特性對其性能之影響，以輔助學習成效，並有效率地累積經驗及知識，從中儲備精密機械分析與設計的實用技能，學習現代工程設計中運用電腦分析之方法，以應用所學於實際的設備之中。
*連絡方式 ：
a. Office — 工綜館503-5室
b. Homepage — http://140.112.14.4/~ttf/index.html
c. Email — tf@w3.me.ntu.edu.tw
d. Office hour— by appointment