《振動噪音科普專欄》應用MADI思維流程於緩衝材之動態剛性改善

這個單元是緩衝材「動態剛性」系列的10。主題是:應用MADI思維流程於「緩衝材」之「動態剛性改善

 

首先,針對主題的重要關鍵詞拆解來看:

 

1.      MADI」:在先前單元:#164產品振動噪音之量測、分析、診斷與對策 MADI for Product Noise and Vibration】,有提出MADI」的思維流程。

2.      緩衝材(resilient materials):是安裝於住宅浮式樓板下之緩衝材料。

3.      動態剛性(Dynamic Stiffness):慣用符號:s,單位:MN/m^3

4.      改善(Improvement):為什麼需要改善?要改善到甚麼目標呢?又,要如何改善呢?

 

MADI」的思維流程,參閱圖示右上方的MADI & 3K」圖示,要瞭解產品的振動噪音狀況,就需要「MADI」及「3K思維」,其中「MADI」就是:

                                                       

1.          量測(Measurement):要能夠客觀的評價產品之振動噪音,當然就需要「量測」其原始狀態的振動噪音。所以,需要有「Know what」的設備使能進行。

2.          分析(Analysis):其次,針對「量測」的信號,須進行「分析」,最常使用的就是「頻譜分析」,可參閱先前單元:#27甚麼是頻譜分析?】,#103頻譜分析儀如何處理量測信號?】,#109對一個信號進行頻譜分析的原理為何?

3.          診斷(Diagnosis):由「量測」及「分析」得到的訊息,接著就是要探討原因「Know why」,希望能夠瞭解形成振動或噪音的原因。通常「分析」及「診斷」是個反覆循環的程序。

4.          對策(Improvement):如果能夠透過「診斷」知道「Know why」,瞭解了產品振動或噪音的原因,當然就要對症下藥,提出因應的改善對策,就是「Know how」。

 

3K思維」,是進行診斷機器產品之振動噪音的重要心法:

 

1.      Know what瞭解現況:「量測」及「分析」都是「Know what」的工作,「量測」需要「Know what」的量測硬體儀器設備,而「分析」需要「Know what」的分析軟體工具與技術。Know what」重點在瞭解機器的振動噪音狀態。

2.      Know why探討原因:當知道了機器的振動噪音狀態,需要進一步探索,為什麼?也就是「Know why」,真正瞭解Know what」的原因。

3.      Know how改善對策:最後當然要能夠提出因應的改善對策,就是「Know how」。

 

在此,則是將「MADI及「3K的思維流程,應用在「緩衝材」之「動態剛性改善

 

緩衝材」之「動態剛性」,是指安裝於住宅浮式樓板下之緩衝材料,其「動態剛性」慣用符號:s,單位:MN/m^3

 

要取得「緩衝材」之「動態剛性」,當然就要啟動量測(Measurement)及「分析(Analysis),就是「Know what瞭解現況,參考先前單元:#235ISO 9052-1測定緩衝材「動態剛性」的理念是甚麼?】,主要採用ISO 9052-1或是CNS 16022,參閱圖示下方,可知其「解析流程」的「理念」步驟如下:

 

1.          瞭解樓板的實際結構:是大面積的【混凝土板+緩衝材+RC樓板】。

2.          ISO 9052-1測試設定之「測試系統:「緩衝材」取 20 cm X 20 cm的「試體」,就將大面積的樓板結構,假設簡化為小面積的測試系統」。

3.          測試系統」之等效「數學模型:「假設」為「SDOF單自由度系統」,可以得知理論的「自然頻率𝒇𝒏=𝟏/𝟐𝝅 (𝒌/𝒎)^0.5

4.          測定「動態剛性s方法:有3個步驟,(1)量測「測試系統」之實際「自然頻率𝒇𝒏(2)推算「緩衝材」的「彈簧常數𝒌=𝒎 (𝟐𝝅𝒇𝒏 )^2(3)取得「緩衝材」的「動態剛性s=𝒌/𝑺

 

另外,也可從另一個角度看,量測(Measurement)及「分析(Analysis),也就是「Know what瞭解現況。參考先前單元:#237應用FSMIVCI思維流程於ISO 9052-1之動態剛性測定及隔音性能評估】,可由【F-S-M-I-V-C-I】,也就是採用實驗方法(experimental approach),摘錄說明如下:

 

1.          Function:功能/目的。測定「緩衝材」之「動態剛性」。

2.          Sensor:感測器。採用的感測器,可參考ISO CNS標準。

3.          Measurement:量測。量測步驟程序,可參考ISO CNS標準。

4.          Index:指標、評估指標、性能指標。在此當然就是「動態剛性」。

5.          Value:指標對應的數值。可以取得「緩衝材」之「動態剛性s值。

6.          Criterion:指標對應的允收標準。在【建築技術規則建築設計施工編】,針對「橡膠緩衝材」「動態剛性s有相關的管制標準規定: s < 50 MN/m^3s < 55 MN/m^3s < 40 MN/m^3設計需求s越小,衝擊音的隔音越好。

7.          Improvement:因應對策及改善作業。如果測定的「動態剛性s值,超過管制標準規定,就需要啟動改善作業。

 

在「Know what瞭解現況之後,當「緩衝材」之「動態剛性s值,超過管制標準,要如何改善呢?也就是要提出Know how改善對策

                                              

在此需要啟動診斷(Diagnosis)和「對策(Improvement)的綜合考量,並不是單純的只看,動態剛性s值是否超標?診斷」的精神,在知道真正的「Know why探討原因

 

要知道真正的「Know why探討原因,由圖示下方的步驟4.可知,「動態剛性s和「彈簧常數𝒌 成正比。當s要越小越好,所以𝒌 也要越小越好。簡單說,「緩衝材」要越軟越好。那麼又如何使得「緩衝材」更軟呢?

 

參考先前單元:#95結構系統之振動模擬分析:問題定義的F-GMBI-R】,參閱圖片中間圖示,可由結構系統的【GMBI】來思考:

 

1.          GGeometry代號,泛指系統及其零組件的幾何模型:針對緩衝材」之形狀、尺寸等,要使得動態剛性s小,也就是要使得彈簧常數𝒌 小,可以增加厚度。也可以設計成波浪形狀,使得緩衝材」要越軟越好。

2.          MMaterial代號,泛指系統及其零組件的材料參數模型:要使得緩衝材」要越軟越好,橡膠材料本身,也是要軟,可以透過發泡、疏密顆粒等方式,目的就是使得緩衝材」要越軟越好。

3.          BBoundary代號,泛指結構系統之邊界狀態:在緩衝材」會和混凝土板和RC樓板相接,可以透過波浪形狀,減少邊界接觸,可以使得等效彈簧常數𝒌 變小,進而降低動態剛性s

4.          IInterface代號,泛指各零組件的組裝接合介面狀態:如果緩衝材」是橡膠顆粒之膠合組成,理念上膠合材料除了黏著性外,當然是越軟越好,可以降低動態剛性s

 

綜合這個單元的討論,重點如下:

 

1.      提出了「MADI」及「3K」思維流程,應用於改善緩衝材」之「動態剛性

2.      也闡述了F-S-M-I-V-C-I】之思維流程,對應於「緩衝材」之「動態剛性」整體評估。

3.      最後,提出結構系統的【GMBI】,以思考如何改善降低「動態剛性s

 

以上個人看法,請多指教!

 

王栢村

2021.11.17








 

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