以離散元素法與多體動力學耦合方法探討具阻尼顆粒機構系統的減振機制:實驗驗證與工程應用

振動抑制一直以來為機構傳動系統的重要課題，顆粒阻尼技術具有顯著減振效果、能耐高溫惡劣環境、附加質量小、且對原結構系統的配置較無影響等優點，因此該項技術已廣泛應用在土木工程、機械工程與航空工程等領域。本計畫以離散元素法與多體動力學耦合方法探討具阻尼顆粒機構系統的減振機制，本研究引進顆粒阻尼技術應用至偏心轉子機構系統，平衡離心慣性力，降低運轉時的振動，並發展離散元素法與多體動力學耦合技術，探索阻尼顆粒體與機械元件的交互作用，準確地分析顆粒阻尼機制。首先為驗證耦合方法的合理性，規劃活塞式顆粒阻尼機構實驗與具阻尼顆粒箱體振動實驗，並進行對應的耦合電腦模擬，探討實驗與模擬兩者振動行為差異的原因，用以修正電腦模擬的耦合模式。確定採用之耦合模式的合理性與正確性後，再進一步將此耦合技術分析具阻尼顆粒偏心轉子機構系統，同時探討顆粒阻尼器配置位置、顆粒材質與顆粒填充率對偏心轉子機構減振效益的影響，進而達到減振的最佳化設計。本計畫發展的離散元素法與多體動力學耦合方法，包含離散元素數學模型的建立與Euler-Lagrange數學模型的推導。本計畫透過驗證合理的耦合模型計算内部微觀物理量，包含摩擦損失能量，顆粒碰撞損失能量，內部應力與應變 (stress and strain)、粒子體積佔有率 (solid fraction) 、力量傳遞鏈 (force chain)、配位數 (coordination number) 及顆粒間的組構 (fabric)，找尋這些微觀物理量與機構總體動力特性的關聯性，進行多尺度 (巨觀、中觀與微觀) 行為之分析，藉以更深入地探究具阻尼顆粒機構系統的減振機制。