請用此 Handle URI 來引用此文件：
http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/60995完整後設資料紀錄
| DC 欄位 | 值 | 語言 |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | 馬劍清 | |
| dc.contributor.author | Cheng-Chi Li | en |
| dc.contributor.author | 李正智 | zh_TW |
| dc.date.accessioned | 2021-06-16T10:40:25Z | - |
| dc.date.available | 2015-08-20 | |
| dc.date.copyright | 2013-08-20 | |
| dc.date.issued | 2013 | |
| dc.date.submitted | 2013-08-13 | |
| dc.identifier.citation | [1] R. D. Mindlin, H. Deresiewicz, “ThicknessShear and Flexural Vibrations of a Circular Disk” JOURNAL OF APPLIED PHYSICS VOLUME 25. NUMBER 10 OCTOBER. 1954
[2] R. D. Mindlin, ”High Frequency Vibrations of Piezoelectric crystal plates” International Journal of Solids and Structures (1972) vol. 8 pp. 895-906 [3] R. D. Mindlin, ”Electromagnetic Radiation from a Vibrating Quartz Plate” International Journal of Solids and Structures vol. 9 no. 6 pp. 697-702 1973 [4] S. S. RAO, “VIBRATIONS OF ANNULAR PLATES INCLUDING THE EFFECTS OF ROTATORY INERTIA AND TRANSVERSE SHEAR DEFORMATION” Journal of Sound and Vibration (1975) 42(3), 305-324 [5] Andrushchenko V.A., Vovkodav I.F., Karlash V.L. and Ulitko A.F., “Coefficient of electromechanical coupling in piezoceramic disks,” International Applied Mechanics, 11(4), 1975, pp. 377-382. [6] G. Ambati, J.F.W. Bell, J.C.K. Sharp, “In-plane vibrations of annular rings.” Journal of Sound and Vibration (1976) 47(3), 415-432 [7] T. Irie, G. Yamada, Y. Muramoto, “Natural frequencies of in-plane vibration of annular plates.” Journal of Sound and Vibration (1984) 97, 171–175 [8] Q. Wang, S.T. Quek, C.T. Sun and X. Liu, “Analysis of piezoelectric coupled circular Plate.” Smart Mater. Struct. 10 (2001) 229–239 [9] X. Liu, Q. Wang, S.T. Quek, “Analytical solution for free vibration of piezoelectric coupled moderately thick circular plates.” International Journal of Solids and Structures 39 (2002) 2129–2151 [10] W.H. Duan, S.T. Quek, Q. Wang, “Free vibration analysis of piezoelectric coupled thin and thick annular plate.” Journal of Sound and Vibration 281 (2005) 119–139 [11] M. R. Karamooz Ravari, M. R. Forouzan, “Frequency equations for the in-plane vibration of orthotropic circular annular plate.” Archive of Applied Mechanics (2011), Volume 81, Issue 9, pp 1307-1322 [12] Shunong Jiang, Yuantai Hu, “Analysis of a Piezoelectric Bimorph Plate with a Central-Attached Mass as an Energy Harvester.” IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control. (2007);54(7):1463-9.22 [13] GangWang “Analysis of bimorph piezoelectric beam energy harvesters using Timoshenko and Euler–Bernoulli beam theory.” Journal of Intelligent Material Systems and Structures 0(0) 1–14 [14] Yan-guo Zhou, Yun-min Chen, Hao-jiang Ding, “Analytical solutions to piezoelectric bimorphs based on improved FSDT beam model” Smart Structures and Systems, Vol. 1, No. 3 (2005) 000-000 [15] Philippe Leclaire, Jozefien Goossens, Lo‥ıc Martinez, Nicolas Wilkie-Chancelier, St’ephane Serfaty, Christ Glorieux, “Study of the Bending Modes in Circular Quartz Resonators.” IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control, vol. 53, no. 10, (2006) [16] Meiling Zhu, Emma Worthington1 and James Njuguna, “Analyses of Power Output of Piezoelectric Energy Harvesting Devices Directly Connected to a Resistive Load Using a Coupled Piezoelectric-Circuit Finite Element Method.” IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, July 2009, Volume 56, Issue 7, pp1309-1317 [17] Eggborn, T. , “Analytical Models to Predict Power Harvesting with Piezoelectric Materials.” MSc Thesis, 2003, Virginia Polytechnic Institute and State University [18] Amancio Fernandes, Joel Pouget, “Analytical and numerical approaches to piezoelectric bimorph” International Journal of Solids and Structures Volume 40, Issue 17, August 2003, Pages 4331–4352 [19] Sh. Hosseini-Hashemi, M. Es’haghi, H. Rokni Damavandi Taher, “An exact analytical solution for freely vibrating piezoelectric coupled circular/annular thick plates using Reddy plate theory” Composite Structures Volume 92, Issue 6, May 2010, Pages 1333–1351 [20] 黃吉宏，馬劍清，「應用電子斑點干涉術探討三維壓電材料體及含裂紋板的振動問題」，國立台灣大學機械工程研究所博士論文，1998年6月。 [21] 黃育熙，馬劍清，「壓電石英晶體之平板結構的動態特性研究」，國立台灣大學機械工程研究所碩士論文，2003年6月。 [22] 林憲陽，馬劍清，「壓電陶瓷複合層板動態特性之數值分析與實驗量測」，國立台灣大學機械工程研究所博士論文，2002年6月。 [23] 林育志，馬劍清，「壓電元件於不同介質中的動態特性研究與實驗量測」，國立台灣大學機械工程研究所博士論文，2003年6月。 [24] 黃智麟，馬劍清，「力學與電學耦合問題之含裂縫壓電陶瓷板動態特性研究與實驗量測」，國立台灣大學機械工程研究所碩士論文，2004年6月。 [25] 何祥瑋，馬劍清，「壓電圓盤與壓電圓環共振特性的理論分析與實驗量測」，國立台灣大學機械工程研究所碩士論文，2004年6月。 [26] 簡偉勝，馬劍清，「應用混合法量測壓電材料常數並探討其動態特性與溫度效應」，國立台灣大學機械工程研究所碩士論文，2007年6月。 [27] 郭椿億，馬劍清，「壓電矩形板動態特性之理論分析及電極設計之影響研究」，國立台灣大學機械工程研究所碩士論文，2008年7月。 [28] 吳亦莊，馬劍清，「理論解析與實驗量測壓電平板的面外振動及特性探討」，國立台灣大學機械工程研究所碩士論文，2009年7月。 [29] 黃育熙，馬劍清，「壓電陶瓷平板、薄殼、與雙晶片三維耦合動態特性之實驗量測、數值計算、與理論解析」，國立台灣大學機械工程研究所博士論文，2009年10月。 [30] 曾國舜，馬劍清，「壓電纖維複材與壓電陶瓷雙晶片的動態特性及應用於能量擷取系統之探討」，國立台灣大學機械工程研究所碩士論文，2012年7月。 [31] 周宛婷，趙振綱，黃育熙，「電極設計方法應用於壓電陶瓷平板與雙晶片提升振動能量擷取系統效能研究」，國立台灣科技大學機械工程研究所碩士論文，2013年1月。 [32] 宋家仲，田思齊，「超音波壓電圓盤換能器的振動分析與實驗驗證」，國立成功大學機械工程研究所碩士論文，2010年7月。 [33] 翁家駿，康淵，「工具機動件結構最佳化設計與分析」，中原大學機械工程研究所碩士論文，2005年7月。 [34] 王泰然，羅正忠，「壓電振動平板的能量收集與轉換」，大葉大學機械工程研究所碩士論文，2006年6月。 [35] Royer D., Dieulesaint E. and LyleElastic S.N., Waves in Solids: Generation, acousto-optic interaction, applications, Springer, 2000. [36] Huang C.H., “Free vibration analysis of the piezoceramic bimorph with theoretical and experimental investigation,” IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 52(8), pp. 1393-1403, 2005. | |
| dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/60995 | - |
| dc.description.abstract | 本文先以Mindlin厚板理論及薄板理論解析壓電單層圓板的振動模態，將理論得到的共振頻、模態振形及面外、面內模態分量的比例關係與有限元素法的分析結果作比較。並以不同的厚度及邊界條件比較Mindlin板理論及薄板理論的差異， Mindlin板理論有較佳的分析結果，可作為一個厚板理論來處理較厚的圓板問題。
接著以Mindlin板理論及薄板理論解析壓電雙層圓板於自由邊界及固定邊界的的振動模態，並與有限元素軟體的分析及實驗的量測結果作比較，可得知壓電雙層圓板於不同邊界條件的振動特性。 本文亦配合能量擷取系統研究壓電材料的正壓電效應，以振動器激振試片引發電壓輸出並使發光二極體發亮。整體而言兩種壓電雙層圓板的實驗結果與理論及有限元素軟體的分析結果相當一致，亦可驗證正、逆壓電效應之間的對應關係。 | zh_TW |
| dc.description.abstract | This paper presents the free vibration analysis of piezoelectric thick circular plate based on Mindlin plate theory and thin plate theory. The analytical solutions are derived and validated by comparing the resonant frequencies, corresponding mode shapes and the ratio between in-plane and out-of-plane vibration modes of the piezoelectric circular plates with those obtained by finite element analysis. To investigate the difference between Mindlin plate theory and thin plate theory, we adopt different radius-thickness ratio of the plate under free and clamped boundary conditions. Mindlin plate theory provides better results than thin plate theory with different radius-thickness ratio. This is the reasonwhy Mindlin plate theory is also called thick plate theory.
This study investigates the transverse and planar vibration characteristics of two-layered piezoceramic bimorph under free and clamped boundary conditions by theoretical analysis mentioned above, finite element numerical calculation and experimental measurements. It is noted that the resonant frequencies and mode shapes of the series-type and parallel-type disk bimorph present different dynamic characteristics under different boundary conditions. With piezoceramic materials and energy harvesting system, it is possible to harvest power by vibrating structures. An electromechanical shaker is used to excite the specimens of piezoceramic bimorph to generate the electric voltage and to light up the LED. Good agreements of dynamic characteristics determined by theoretical analysis, experimental measurements and numerical calculation are presented for two types of disk bimorphs. Finally, we can conclude the relationship between the inverse piezoelectric effect and the direct piezoelectric effect. | en |
| dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2021-06-16T10:40:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ntu-102-R00522503-1.pdf: 51951099 bytes, checksum: d7e455a61a05e71c4ac71c783f2c8f63 (MD5) Previous issue date: 2013 | en |
| dc.description.tableofcontents | 摘要 i
Abstract iii 目錄 v 表目錄 ix 圖目錄 xi 第一章 緒論 1 1-1 研究動機 1 1-2 文獻回顧 2 1-3 內容簡介 5 第二章 壓電基本理論與實驗儀器簡介 7 2-1 壓電基本理論 7 2-2 壓電材料常數的轉換 10 2-3 電子斑點干涉術 12 2-3-1 面外振動量測 14 2-3-2 面內振動量測 17 2-4 雷射都卜勒振動儀 18 2-4-1 都卜勒效應動態量測介紹 19 2-4-2 雷射都卜勒振動儀量測原理 20 2-4-3 雷射都卜勒振動儀量動態信號分析量測系統 22 2-5 阻抗分析儀 23 2-6 振動器 27 2-7 光功率計 28 第三章 壓電單層圓板的面外理論解析 31 3-1 Mindlin板理論基本假設 31 3-1-1 壓電本構方程式 32 3-1-2 改寫運動方程式 34 3-2 理論解析(電絕緣邊界條件) 35 3-2-1 Mindlin板理論剪力係數（Shear Factor k） 35 3-2-2 壓電單層圓板電位分佈 35 3-2-3 運動方程式與靜電方程式的無因次化 36 3-2-4 轉角函數的解 39 3-2-5 邊界條件 42 3-3 全場的徑向和切向的電位移為零 44 3-3-1 不同的電性項假設 44 3-3-2 運動方程式的無因次化 45 3-3-3 轉角函數的解 47 3-3-4 邊界條件 49 3-4 Mindlin板理論兩種邊界條件的比較 50 3-4-1 兩種Mindlin板理論與有限元素法的比較 50 3-5 薄板理論 52 3-5-1 薄板理論位移場假設 52 3-5-2 改寫運動方程式 52 3-6 薄板理論與Mindlin板理論之比較 55 3-6-1 自由邊界與固定邊界下的共振頻比較 55 3-6-2 自由邊界與固定邊界下的模態圖比較 56 3-7 結論 57 第四章 壓電單層圓板的面內理論解析 107 4-1 薄板理論解析 107 4-1-1 壓電本構方程式 107 4-1-2 薄板理論位移場假設 108 4-1-3 改寫運動方程式 108 4-1-4 壓電單層圓板電位分佈 109 4-1-5 運動方程式的無因次化 109 4-1-6 邊界條件 111 4-1-7 以薄板理論解析面內與面外理論之比較 112 4-2 Mindlin板理論解析 112 4-2-1 不同的力學假設 113 4-2-2 Mindlin板理論位移場假設 113 4-2-3 改寫運動方程式 114 4-2-4 壓電單層圓板電位分佈與Mindlin剪力係數 115 4-2-5 運動方程式的無因次化 116 4-2-6 面內位移函數的解 117 4-2-7 邊界條件 119 4-2-8 以Mindlin板理論解析面內與面外理論的比較 120 4-3 薄板理論與Mindlin板理論之比較 121 4-3-1 自由邊界與固定邊界下的共振頻比較 121 4-3-2 自由邊界與固定邊界下的模態圖比較 122 4-4 結論 123 第五章 壓電雙層圓板振動特性分析 157 5-1 Mindlin板理論解析面外理論 157 5-1-1 試片簡介 157 5-1-2 壓電雙層圓板的極化方向 159 5-1-3 壓電雙層圓板的電位分佈 160 5-1-4 運動方程式與靜電方程式 162 5-2 薄板理論解析面外理論 164 5-2-1 壓電雙層圓板的電位分佈 164 5-2-2 運動方程式 164 5-3 薄板理論與Mindlin板理論解析面內理論 165 5-3-1 壓電雙層圓板的電位分佈 166 5-3-2 薄板理論的運動方程式 166 5-3-3 Mindlin板理論解析面內理論與運動方程式 167 5-4 壓電雙層圓板於自由邊界的實驗量測、數值分析與理論分析之結果與比較 168 5-4-1 實驗方法、數值分析與理論分析說明 168 5-4-2 串聯型壓電雙層圓板三維耦合之實驗量測、數值計算與理論分析之結果與比較 172 5-4-3 並聯型壓電雙層圓板三維非耦合之實驗量測、數值計算與理論分析之結果與比較 174 5-4-4 串聯型與並聯型壓電雙層圓板之振動特性比較 176 5-5 壓電雙層圓板於固定邊界的實驗量測、數值計算與理論分析之結果與比較 178 5-5-1 實驗方法、數值分析說明 178 5-5-2 串聯型壓電雙層圓板之實驗量測、數值計算與理論分析之結果與比較 179 5-5-3 並聯型壓電雙層圓板之實驗量測、數值計算與理論分析之結果與比較 180 5-6 兩種不同邊界條件的實驗量測、數值計算與理論分析之結果與比較 181 第六章 壓電材料與能量擷取系統 237 6-1 實驗方法與流程 237 6-1-1 橋式整流器 237 6-1-2 擷取電訊號、AF-ESPI與光功率計 237 6-2 數值分析 238 6-3 實驗量測與數值分析結果比較 239 6-3-1 串聯型壓電雙層圓板 240 6-3-2 並聯型壓電雙層圓板 242 6-3-3 串聯型與並聯型壓電雙層圓板之比較 243 6-3-4 逆壓電效應與正壓電效應的對應關係 244 6-4 結論 245 第七章 結論與未來展望 279 7-1 本文成果 279 7-2 未來展望 279 參考文獻 281 附錄 285 | |
| dc.language.iso | zh-TW | |
| dc.subject | 有限元素法 | zh_TW |
| dc.subject | Mindlin板理論 | zh_TW |
| dc.subject | 薄板理論 | zh_TW |
| dc.subject | 壓電陶瓷雙層圓板 | zh_TW |
| dc.subject | 共振頻率 | zh_TW |
| dc.subject | 模態振形 | zh_TW |
| dc.subject | 電子斑點干涉術 | zh_TW |
| dc.subject | 阻抗分析儀 | zh_TW |
| dc.subject | 雷射都卜勒振動儀 | zh_TW |
| dc.subject | 振動器 | zh_TW |
| dc.subject | 光功率計 | zh_TW |
| dc.subject | 三維耦合振動 | zh_TW |
| dc.subject | 能量擷取 | zh_TW |
| dc.subject | resonant frequency | en |
| dc.subject | finite element method | en |
| dc.subject | thin plate theory | en |
| dc.subject | piezoceramic disk bimorph | en |
| dc.subject | Mindlin plate theory | en |
| dc.subject | Impedance analyzer | en |
| dc.subject | AF-ESPI | en |
| dc.subject | shaker | en |
| dc.subject | energy harvesting | en |
| dc.subject | power meter | en |
| dc.subject | mode shape | en |
| dc.subject | LDV | en |
| dc.subject | three dimensional coupling vibration | en |
| dc.title | 應用Mindlin板理論解析壓電雙晶圓板耦合問題之動態
分析與能量擷取的實驗量測 | zh_TW |
| dc.title | Theoretical Analysis of Coupled Resonant Vibrations
based on Mindlin Theory for Piezoceramic Circular Plates and Applications to Energy Harvesting | en |
| dc.type | Thesis | |
| dc.date.schoolyear | 101-2 | |
| dc.description.degree | 碩士 | |
| dc.contributor.oralexamcommittee | 張家歐,舒貽忠,黃吉宏 | |
| dc.subject.keyword | Mindlin板理論,薄板理論,壓電陶瓷雙層圓板,共振頻率,模態振形,電子斑點干涉術,阻抗分析儀,雷射都卜勒振動儀,振動器,光功率計,有限元素法,三維耦合振動,能量擷取, | zh_TW |
| dc.subject.keyword | Mindlin plate theory,thin plate theory,piezoceramic disk bimorph,resonant frequency,mode shape,AF-ESPI,Impedance analyzer,LDV,finite element method,shaker,power meter,three dimensional coupling vibration,energy harvesting, | en |
| dc.relation.page | 287 | |
| dc.rights.note | 有償授權 | |
| dc.date.accepted | 2013-08-13 | |
| dc.contributor.author-college | 工學院 | zh_TW |
| dc.contributor.author-dept | 機械工程學研究所 | zh_TW |
| 顯示於系所單位： | 機械工程學系 | |
文件中的檔案：
| 檔案 | 大小 | 格式 | |
|---|---|---|---|
| ntu-102-1.pdf 未授權公開取用 | 50.73 MB | Adobe PDF |
系統中的文件，除了特別指名其著作權條款之外，均受到著作權保護，並且保留所有的權利。