Drgania układu o jednym stopniu swobody
Transkrypt
Drgania układu o jednym stopniu swobody
Rodzaje drgań na przykładzie układu o jednym stopniu swobody Układ o jednym stopniu swobody Sosinpt m k C m Sosinpt Schemat układu o jednym stopniu swobody Przykład układu o jednym stopniu swobody Zestawienie sił w układzie o jednym stopniu swobody z harmoniczną siłą wymuszającą Sosinpt Sosinpt m y B K Siły działające na układ: C harmoniczna siła wymuszająca - S o sin pt siła sprężystości (sztywność belki przeciwstawiająca się ruchowi) - K = ky siła tłumienia (tłumienie wiskotyczne materiałowo-konstrukcyjne) – C = cy& = c d2y siła bezwładności - B (t ) = − m&y& = − m dt 2 dy dt Równanie ruchu układu o jednym stopniu swobody Sosinpt y Siła wymuszająca (zmienna w czasie) tłumienie m&y& + cy& + ky = S o sin pt B K siła bezwładności sztywność C HookesLaw_pl.exe Drgania sprężyny bez tłumienia” http://www.edukator.pl/Prawo-Hooke-a,7661.html Siła bezwładności m&y& + cy& + ky = S o sin pt Siła bezwładności jest to oddziaływanie na obiekt, który znajduje się w układzie (np. samochodzie) nieinercjalnym, inaczej mówiąc układzie, który porusza się ruchem niejednostajnym czyli nie ze stałą prędkością. Siła bezwładności jest równa iloczynowi masy i przyśpieszenia (druga pochodna przesunięcia po czasie). 2 B (t ) = − m&y& = − m d y dt 2 Siła bezwładności - przykład Samochód jedzie ze stałą prędkością Vo=100km/h. Jakie siła bezwładności Zadziała na pasażera o masie m=100kg, jeżeli samochód miał dobre hamulce i od momentu rozpoczęcia hamowania do zatrzymania się przejechał yo=100m. Zakładamy, że podczas hamowania opóźnienie było cały czas stałe równe a. to to B (t ) = − m&y& = − ma = const ∫0 dV = ∫0 adt to to dV d 2 y przyspieszenie V = at 0 0 a= = 2 dt dt V (t0 ) − V (0 ) = at 0 − a ⋅ 0 dy to to to prędkość V= dt ∫ dy = ∫ Vdt = ∫ atdt 0 0 2 to 0 y 0 = 0 .5 a t 0 y (t0 ) − y (0 ) = 0.5at 0 − 0.5a ⋅ 0 to V0 = at 0 y0 = 0.5at 02 = = 0.5V0t 0 Siła bezwładności - przykład Samochód jedzie ze stałą prędkością Vo=100km/h. Jakie siła bezwładności zadziała na pasażera o masie m=100kg, jeżeli samochód miał dobre hamulce i od momentu rozpoczęcia hamowania do zatrzymania się przejechał yo=100m. Zakładamy, że Podczas hamowania opóźnienie było cały czas stałe równe a. V0 = at 0 y0 = 0.5V0t0 V0 = at 0 100 m = 0.5 ⋅100 km / h ⋅ t 0 100 m = 0.5 ⋅100 ⋅1000 m /(3600 s ) ⋅ t0 t 0 = 7 .2 s 100 km / h = a ⋅ 3.6 s 100 ⋅1000 m /(3600 s ) = a ⋅ 7.2 s a = 13.9m / s 2 Siła bezwładności: B = ma = 100 kg ⋅13.9m / s 2 = = 1390 N = 1.39 kN Tłumienie m&y& + cy& + ky = S o sin pt Siła tłumienia jest działaniem wewnątrz konstrukcji, które przeciwstawia się ruchowi. W konstrukcjach jest tłumienie materiałowe i konstrukcyjne dy C = cy& = c dt Struktura materiału – tarcie wewnętrznych składników wywołuje tłumienie materiałowe Współpraca poszczególnych elementów (połączenia) wywołuje tłumienie konstrukcyjne Zestawienie rodzajów drgań Drgania własne m&y& + ky = 0 Drgania swobodne (drgania tłumione) m&y& + cy& + ky = 0 Drgania wymuszone nie tłumione m&y& + ky = S o sin pt Drgania wymuszone tłumione m&y& + cy& + ky = S o sin pt Rozwiązywanie równań różniczkowych liniowych drugiego rzędu Równanie m&y& + cy& + ky = S o sin pt gdzie: y = y(t ) P.Wielgos, Ocena skuteczności działania wielokrotnych, strojonych tłumików masowych w konstrukcjach budowlanych, 2010 Rozwiązanie jest sumą dwóch równań y = yo + y p gdzie: yο – całka ogólna, yp – całka szczególna Wyznaczanie całki ogólnej Całka ogólna dla równania m&y& + cy& + ky = S o sin pt to rozwiązanie równania m&y& + cy& + ky = 0 W celu rozwiązania tego równania wykonuje się podstawienie rt y=e dla którego y& = re rt &y& = r 2 e rt Wyznaczanie całki ogólnej Podstawienie y = e rt do równania &y& = r 2 e rt y& = re rt m&y& + cy& + ky = 0 daje nam zależność mr e + cre + ke = 0 2 rt rt rt Po podzieleniu równania przez ert otrzymujemy równanie kwadratowe ze zmienną r mr 2 + cr + k = 0 Wyznaczanie całki ogólnej Rozwiązywane równanie kwadratowe: mr 2 + cr + k = 0 Rozwiązanie zależy od parametru ∆, który jest równy lub po podstawieniu ∆ = c 2 − 4mk k 2 ω = m ∆ = c 2 − 4 m 2ω 2 Liczba rozwiązań zależy czy ∆ jest mniejsza, większa lub równa 0. Wyznaczanie całki ogólnej Rozwiązywane równanie kwadratowe i parametr ∆ : mr 2 + cr + k = 0 ∆ = c 2 − 4 m 2ω 2 ∆>0 Przypadek 1 dwa rzeczywiste rozwiązania r1 i r2 równania kwadratowego a całka ogólna jest zapisana wzorem y = C1e r1t + C2e r2 t ∆=0 Przypadek 2 pierwiastek podwójny r=r1=r2 a całka ogólna jest zapisana wzorem ∆<0 Przypadek 3 dwa zespolone rozwiązania r1 = α + βi a całka ogólna jest zapisana wzorem y = (C1 x + C2 )e rt i r2 = α − βi y = eαt (C1 cos(βt ) + C2 sin (βt )) Drgania własne Rozwiązanie równania drgań własnych m&y& + ky = 0 jest całką ogólną równania, opisującego drgania wymuszone nie tłumione czyli m&y& + ky = S o sin pt Równanie drgań własnych po wykonaniu podstawienia y(t)=ert ma formę mr 2 + k = 0 lub czyli k ω = m ∆ = −4ω 2 2 2 2 r + ω =0 po podstawieniu Drgania własne Rozwiązanie równania drgań własnych m&y& + ky = 0 lub po podstawieniu r2 + ω2 = 0 ma rozwiązanie z ∆ = −4ω 2 < 0 czyli z dwoma pierwiastkami zespolonymi −b+ ∆ r1 = 2a − 4ω 2 4i 2ω 2 r1 = = = iω 2 2 r1 = α + βi −b− ∆ r2 = 2a − − 4ω 2 − 4i 2ω 2 r2 = = = −iω 2 2 r2 = α − βi Rozwiązanie ma postać α =0 β =ω y = eαt (C1 cos(βt ) + C2 sin (βt )) a po podstawieniu α i β otrzymujemy y = C1 cos(ωt ) + C2 sin (ωt ) Drgania własne – wyznaczenie stałych Rozwiązanie równania drgań własnych m&y& + ky = 0 ma formę y = C1 cos(ωt ) + C2 sin (ωt ) z niewiadomymi, które wyznaczamy na podstawie warunków początkowych czyli dla czasu t=0. Zakładamy, że dla t=0 przesunięcie masy y=0, gdzie y = C1 cos(ωt ) + C2 sin(ωt ) a prędkość masy (wymuszoną), y& = V gdzie y& = −C1ω sin(ωt ) + C2ω cos(ωt ) Drgania własne – wyznaczenie stałych Zakładamy, że dla t=0 przesunięcie masy y=0, gdzie y = C1 cos(ωt ) + C2 sin(ωt ) czyli 0 = C1 cos(ω ⋅ 0) + C2 sin (ω ⋅ 0) 0 = C1 ⋅1 + C2 ⋅ 0 C1 = 0 a prędkość masy (wymuszoną), y& = V gdzie Czyli y& = −C1ω sin(ωt ) + C2ω cos(ωt ) V = −C1ω sin(ω ⋅ 0) + C2ω cos(ω ⋅ 0) V = −C1ω ⋅ 0 + C2ω ⋅1 V C2 = ω V V Rozwiązanie y = 0 cos(ωt ) + sin (ωt ) = sin(ωt ) = Ao sin(ωt ) ω ω Drgania własne Rozwiązanie równania drgań własnych m&y& + ky = 0 ma formę y = C1 cos(ωt ) + C2 sin(ωt ) A po uwzględnieniu warunków początkowych: yo = Ao sin (ωt ) gdzie: ω – częstość drgań własnych, Ao – amplituda drgań własnych zależna od warunków początkowych drgania1.exe yo = Ao sin (ωt ) dy V = o = Aoω cos(ωt ) dt dV a = o = − Aoω 2 sin s (ωt ) dt Drgania swobodne układu Drgania swobodne są to drgania układu rzeczywistego z tłumieniem jakie można obserwować po wstępnym wymuszeniu ruchu, a następnie pozostawieniu konstrukcji bez dodatkowych obciążeń zmiennych. Rozwiązanie równania drgań swobodnych m&y& + cy& + ky = 0 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 -5.00 -10.00 -15.00 -20.00 jest całką ogólną równania, 15.00 opisującego drgania 10.00 wymuszone 5.00 0.00 tłumione czyli m&y& + cy& + ky = S o sin pt 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 -5.00 -10.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 Drgania swobodne układu Rozwiązanie równania drgań swobodnych, otrzymujemy na podstawie równania mr 2 + cr + k = 0 które uzyskujemy po podstawieniu wzoru: y = e rt Rozwiązanie równania zależy od parametru równania kwadratowego: ∆ = c 2 − 4 m 2ω 2 Drgania swobodne układu Analizę problemu wykonuje się dla równania w prostszej formie, którą uzyskuje się po podzieleniu obu stron równania przez m mr 2 + cr + k = 0 / m 2 2 r + 2 γ r + ω =0 czyli gdzie: ω – częstość drgań własnych, γ – współczynnik tłumienia. c 2γ = m Delta równania kwadratowego wynosi: i przybiera prostszą formę ω2 = k ∆ = 4γ 2 − 4ω 2 Drgania swobodne układu Rozwiązanie równania drgań swobodnych zależy od wzajemnej relacji ω i γ czyli mamy trzy przypadki: Przypadek 1 - Duże tłumienie γ>ω czyli ∆ > 0 Przypadek 2 -Tłumienie krytyczne γ = ω czyli ∆ = 0 Sytuacja najczęściej spotykana w konstrukcjach Przypadek 3 - Małe tłumienie γ<ω czyli ∆ < 0 Drgania swobodne układu Przypadek 1 - Duże tłumienie γ>ω ∆>0 ∆ = 2 γ 2 −ω2 r 2 + 2γr + ω 2 = 0 Pierwiastki równania kwadratowego r1 = −γ − γ 2 − ω 2 r2 = −γ + γ 2 − ω 2 Rozwiązanie równania różniczkowego: y = C1e + C2e r1t r2 t &y& + 2γy& + ω 2 y = 0 Drgania swobodne układu Przypadek 1 - Wyznaczenie stałych Warunki początkowe: t=0, y=yo , y& = v = vo Równanie ruchu (rozwiązanie równania) y = C1e r1t + C2e r2 t i po uwzględnieniu warunków początkowych y o = C1 + C 2 Równanie prędkości po zróżniczkowaniu równania ruchu r1t r2 t względem czasu & y = C1r1e + C2 r2e i po uwzględnieniu warunków początkowych vo = C1r1 + C2 r2 Drgania swobodne układu Przypadek 1 - Wyznaczenie stałych Stałe wyznaczamy z układu równań: 2 2 r = − γ − γ − ω 1 gdzie: r2 = −γ + γ 2 − ω 2 y o = C1 + C 2 vo = C1r1 + C2 r2 i są one opisane wzorami: C1 = C2 = vo + yoγ − y0 γ 2 − ω 2 − 2 γ −ω 2 2 vo + yoγ + yo γ 2 − ω 2 2 γ −ω 2 2 Drgania swobodne układu Przypadek 1 - Przykład Sosinpt m Dane: Początkowe wychylenie yo=0.05m, Początkowa prędkość vo=10m/s, Tłumienie układu γ=2 rad/s, Częstość drgań własnych układu ω= 1 rad/s. Drgania swobodne układu Przypadek 1 - Przykład Dane: Początkowe wychylenie yo=0.05m, Początkowa prędkość vo=10m/s, Tłumienie układu γ=2 rad/s, Częstość drgań własnych układu ω= 1 rad/s. Szukamy wielkości z równania: r1 = −γ − γ 2 − ω 2 y = C1e r1t + C2e r2 t r1 = −2 − 3 = −3.73205 [rad/s ] r2 = −γ + γ 2 − ω 2 r2 = −2 + 3 = −0.26795 [rad/s ] Drgania swobodne układu Przypadek 1 - Przykład Dane: Początkowe wychylenie yo=0.05m, Początkowa prędkość vo=10m/s, Tłumienie układu γ=2 rad/s, Częstość drgań własnych układu ω= 1 rad/s. C1 = C2 = Szukamy wielkości z równania: y = C1e + C2e r1t r2 t vo + yoγ − y0 γ 2 − ω 2 − 2 γ 2 − ω2 10m/s + 0.05m ⋅ 2rad/s − 0.05m 22 − 12 rad/s C1 = = −0.264m 2 2 − 2 2 − 1 rad/s vo + yoγ + yo γ 2 − ω 2 2 γ 2 − ω2 C2 = 10m/s + 0.05m ⋅ 2rad/s + 0.05m 22 − 12 rad/s 2 2 − 1 rad/s 2 2 = 2.941m Drgania swobodne układu Przypadek 1 - Przykład Wykres zmian przemieszczenia w czasie. Ruch jest nie drgający i zanikający w czasie. y [m] 2.8 Dane: Początkowe wychylenie yo=0.05m, 2.6 Początkowa prędkość vo=10m/s, 2.4 Tłumienie układu γ=2 rad/s, 2.2 Częstość drgań 2 własnych układu ω= 1 rad/s. 1.8 Rozwiązanie: 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 1 2 3 4 5 t [s] 6 7 y = −0.264m ⋅ e −3.73205 rad/st + 2.941m ⋅ e −0.26795 rad/st 8 9 10 Drgania swobodne układu Przypadek 2 - Tłumienie krytyczne γ=ω ∆=0 ∆ =0 r 2 + 2γr + ω 2 = 0 Pierwiastki równania kwadratowego r = r1 = r2 = −γ Rozwiązanie równania różniczkowego: &y& + 2γy& + ω 2 y = 0 y = (C1t + C2 )e = (C1t + C2 )e rt γt Drgania swobodne układu Przypadek 2 - Tłumienie krytyczne γ=ω Warunki początkowe: t=0, y=yo , y& = v = vo Równanie ruchu (rozwiązanie równania) γt ( ) y = C1t + C2 e , i po uwzględnieniu warunków początkowych yo = C2 Równanie prędkości po zróżniczkowaniu równania ruchu względem czasu y& = C1 (tγ + 1)eγt + C2 reγt i po uwzględnieniu warunków początkowych vo = C1 + C 2 γ Drgania swobodne układu Przypadek 2 - Wyznaczenie stałych Stałe wyznaczamy z układu równań: y = (C1t + C2 )e yo = C2 vo = C1 + C 2 γ gdzie: i są one opisane wzorami: C1 = vo − y o γ C2 = yo r = −γ γt Drgania swobodne układu Przypadek 2 - Przykład Sosinpt m Dane: Początkowe wychylenie yo=0.05m, Początkowa prędkość vo=10m/s, Tłumienie układu γ=1 rad/s, Częstość drgań własnych układu ω= 1 rad/s. Drgania swobodne układu Przypadek 2 - Przykład Dane: Początkowe wychylenie yo=0.05m, Początkowa prędkość vo=10m/s, Tłumienie układu γ=1 rad/s, Częstość drgań własnych układu ω= 1 rad/s. Szukamy wielkości z równania: r = −γ r = −1 rad/s C1 = vo − y o γ C1=9.95m/s C2 = yo C2=0.05m y = (C1t + C 2 )e rt Drgania swobodne układu Przypadek 2 - Przykład Dane: Początkowe wychylenie yo=0.05m, Początkowa prędkość vo=10m/s, Tłumienie układu γ=1 rad/s, Częstość drgań własnych układu ω= 1 rad/s. Wykres zmian przemieszczenia w czasie. Ruch jest nie drgający i zanikający w czasie. 4 3.5 3 y [m] 2.5 Rozwiązanie: 2 1.5 1 0.5 0 0 1 y = (9.95m/s ⋅ t + 0.05m )e 2 −1rad/st 3 4 5 t [s] 6 7 8 9 10 Drgania swobodne układu Przypadek 3 - Małe tłumienie γ<ω ∆<0 ∆ = 2i γ 2 − ω 2 Urojone pierwiastki równania kwadratowego , r 2 + 2γr + ω 2 = 0 r2 = α − βi r1 = α + βi r1 = −γ − i γ 2 − ω 2 r2 = −γ + i γ 2 − ω 2 Rozwiązanie równania różniczkowego: y = eαt (C1 cos(βt ) + C2 sin (β t )) gdzie: α = −γ ω1 – częstość drgań swobodnych &y& + 2γy& + ω 2 y = 0 β = ω − γ = ω1 2 2 Drgania swobodne układu Przypadek 3 - Wyznaczenie stałych Warunki początkowe: t=0, y=yo , y& = v = vo Równanie ruchu (rozwiązanie równania) y = e (C1 cos(βt ) + C2 sin (βt )) y o = C1 i po uwzględnieniu warunków początkowych αt Równanie prędkości po zróżniczkowaniu równania ruchu względem czasu y& = αeαt (C1 cos(βt ) + C2 sin (βt )) + eαt (− β C1 sin (βt ) + βC2 cos(βt )) i po uwzględnieniu warunków początkowych v o = −γC1 + C 2 ω − γ 2 2 Drgania swobodne układu Przypadek 3 - Wyznaczenie stałych y = eαt (C1 cos(βt ) + C2 sin (βt )) Stałe wyznaczamy z układu równań: y o = C1 ,, v o = −γC1 + C 2 ω 2 − γ 2 i są one opisane wzorami: C1 = y o C2 = vo + γy o ω2 −γ 2 Drgania swobodne układu Przypadek 3 Zmiana formy zapisu równania ruchu Parametry drgań swobodnych z małym tłumieniem: Składowa rzeczywista: y x1 = eαt C1 cos(βt ) Składowa urojona: y x2 = e C2 sin (βt ) αt Ao = C + C C1 ϕ o = arctan C2 Początkowa amplituda drgań: Faza drgań: Równanie ruchu 2 1 y = Ao eαt sin (ω1t + ϕ o ) 2 2 Drgania swobodne układu Przypadek 3 - Przykład Sosinpt m Dane: Początkowe wychylenie yo=0.05m, Początkowa prędkość vo=10m/s, Tłumienie układu γ=0.5 rad/s, Częstość drgań własnych układu ω= 1 rad/s. Drgania swobodne układu Przypadek 3 - Przykład Dane: Początkowe wychylenie yo=0.05m, Początkowa prędkość vo=10m/s, Tłumienie układu γ=0.5 rad/s, Częstość drgań własnych układu ω= 1 rad/s. Szukamy wielkości z równania: y = eαt (C1 cos(βt ) + C2 sin (β t )) α = −γ α = −0.5rad/s β = ω 2 − γ 2 = ω1 β = 2 2 − 0.52 = ω1 = 0.866 [rad/s ] C1=0.05m C1 = y o vo + γy o C2 = ω −γ 2 2 C2=11.5758 m Drgania swobodne układu Przypadek 3 - Przykład Dane: Początkowe wychylenie yo=0.05m, Początkowa prędkość vo=10m/s, Tłumienie układu γ=0.5 rad/s, Częstość drgań własnych układu ω= 1 rad/s. Parametry drgań swobodnych z małym tłumieniem: Ao=11.5759m Ao = C12 + C22 C1 ϕ = arctan = 0.00432 C2 Drgania swobodne układu Przypadek 3 - Przykład Wykres zmian przemieszczenia w czasie. Ruch drgający i zanikający w czasie. 6 y [m m] Dane: Początkowe wychylenie yo=0.05m, Początkowa prędkość vo=10m/s, Tłumienie układu γ=0.5 rad/s, Częstość drgań własnych układu ω= 1 rad/s. 5 4 3 2 Rozwiązanie: 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 t [s] y = e −0.5 rad/st (0.05m cos(0.866rad/st ) + 11.5758m sin (0.866rad/st )) y = 11.5759m ⋅ e −0.5 rad/s⋅t sin (0.866rad/s ⋅ t + 0.00432) 9 10 Drgania swobodne układu Przypadek 3 - Parametry tłumienia m&y& + 2γy& + ky = 0 m&y& + cy& + ky = 0 15 14 c – współczynnik proporcjonalności tłumienia do prędkości 13 12 γ – współczynnik tłumienia 11 10 Na podstawie stosunku amplitud wyznacza się logarytmiczny dekrement tłumienia y [m] 9 8 7 An −1 ∆ = ln = γT1 lub An 6 5 4 T1 – okres swobodnych drgań tłumionych 3 Ao 2 1 A2 A1 Równanie krzywej przerywanej 0 0 1 y (t ) ∆ = ln = γT1 y (t + T1 ) 2 3 4 t [s] 5 6 7 8 9 10 y = Ao e −γt Drgania swobodne układu porównanie Wykres zmian przemieszczenia w czasie dla: 4 2.8 6 2.6 3.5 2.4 5 2.2 3 2 4 1.4 1.2 y [m] 2.5 1.6 y [m] y [m] 1.8 2 3 1.5 1 2 0.8 1 0.6 1 0.5 0.4 0.2 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t [s] Przypadek 1 Duże tłumienie γ>ω czyli ∆ > 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 t [s] Przypadek 2 Tłumienie krytyczne γ>ω czyli ∆ = 0 Drgania wahadła tłumione drgania2.exe 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 t [s] Przypadek 3 Małe tłumienie γ<ω czyli ∆ < 0 9 10 Drgania wymuszone Drgania wymuszone nie tłumione Drgania wymuszone tłumione m&y& + ky = S o sin pt m&y& + cy& + ky = S o sin pt Rozwiązanie (suma całki ogólnej i szczególnej) y = yo + y p P.Wielgos, Ocena skuteczności działania wielokrotnych, strojonych tłumików masowych w konstrukcjach budowlanych, 2010 Wyznaczenie całki szczególnej Rozwiązanie równania różniczkowego m&y& + ky = S o sin pt Całka szczególna, przyjęta jest na podstawie założenia, że zmiana przesunięcia w czasie musi mieć podobną formę do zmian w czasie funkcji wymuszającej czyli prognozowane rozwiązanie ma formę y p = A1 sin ( pt ) + A2 cos ( pt ) a jej pochodne y& p = A1 p cos( pt ) − A2 p sin ( pt ) &y& p = − A1 p 2 sin( pt ) − A2 p 2 cos( pt ) Wyznaczenie całki szczególnej Rozwiązanie równania różniczkowego m&y& + ky = S o sin pt Po podstawieniu równań z prognozowanym rozwiązaniem mamy − mA1 p 2 sin ( pt ) − mA2 p 2 cos( pt ) + kA1 sin ( pt ) + kA2 cos( pt ) = = S o sin pt Wyrazy po lewej i prawej stronie równania muszą mieć te same współczynniki czyli − mA1 p 2 + kA1 = S o − mA2 p 2 + kA2 = 0 k 2 ω = a po podstawieniu m So 2 2 A1 (ω − p ) = A2 ω 2 − p 2 = 0 m ( ) Drgania wymuszone nie tłumione Rozwiązanie równania różniczkowego m&y& + ky = S o sin pt jest równanie y p = A1 sin ( pt ) + A2 cos ( pt ) So 2 2 2 2 A1 (ω − p ) = gdzie A ω − p =0 2 m So 1 A1 = A2 = 0 m ω 2 − p2 ( ( ) ) Całka szczególna, przyjęta na podstawie założenia, że zmiana przesunięcia w czasie musi mieć podobną formę do zmian w czasie funkcji wymuszającej i ostatecznie ma formę y p = Ap sin ( pt ) gdzie: So 1 Ap = m ω 2 − p2 ( ) Drgania wymuszone nie tłumione Równanie różniczkowe m&y& + ky = S o sin pt Całka ogólna, która jest rozwiązaniem równania m&y& + ky = 0 yo = Ao sin (ωt ) ma formę Całka szczególna y p = Ap sin ( pt ) Rozwiązanie, które jest sumą całki ogólnej i szczególnej y = Ap sin ( pt ) + Ao sin (ωt ) Drgania wymuszone tłumione Rozwiązanie równania różniczkowego m&y& + cy& + ky = S o sin pt Całka szczególna y p = Ap sin ( pt − ϕ ) So Ap = m 1 gdzie: (ω 2 −p ) 2 2 2γp ϕ = arctan 2 ω − p2 DrivenSHM_pl.exe + 4γ p 2 2 c 2γ = m k ω = m 2 Drgania wymuszone tłumione Równanie różniczkowe m&y& + cy& + ky = S o sin pt Rozwiązanie, które jest sumą całek ogólnej i szczególnej y = Ao e −γt sin (ω1t + ϕ o ) + Ap sin ( pt − ϕ ) Współczynnik dynamiczny Współczynnik dynamiczny jest to stosunek: S=S sin(pt) o amplitudy drgań wywołanych siłą zmienną w czasie z amplitudą siły So A(t) do Ap=A(t) przemieszczenia statycznego wywołanego siłą So - yst So S=Sosin(pt) yst Współczynnik dynamiczny drgań wymuszonych nie tłumionych Maksymalna amplituda drgań wymuszonych nie tłumionych – układ drgający So 1 Ap = m ω 2 − p2 ( ) S=Sosin(pt) A(t) S=Sosin(pt) Ap=A(t) Przemieszczenie punktu konstrukcji o sztywności k - Brak drgań S So yst = k o yst Współczynnik dynamiczny drgań wymuszonych nie tłumionych Z definicji częstości drgań własnych wynika: So yst = 2 mω k = mω czyli So 1 Ap = m (ω 2 − p 2 ) 2 β= Ap yst So 1 2 2 2 1 ω m ω −p = 2 = β= 2 2 So 1 ω −p p 1− m ω2 ω ( ) Współczynnik dynamiczny drgań wymuszonych tłumionych Amplituda drgań wymuszonych tłumionych So Ap = m (ω 1 2 −p ) 2 2 + 4γ 2 p 2 Przemieszczenie punktu konstrukcji o sztywności k So yst = k So yst = mω 2 Współczynnik dynamiczny drgań wymuszonych tłumionych β= Ap yst β= β= So m (ω 1 2 ) − p + 4γ 2 p 2 So 1 m ω2 2 2 1 p 1 − ω 2 2 2 p 2 + 4γ ω Rezonans drgań Współczynnik dynamiczny dla drgań wymuszonych tłumionych β= Jeżeli 1 p 1 − ω 2 2 + 4γ 2 p ω ω → p , to β = 1 2γ 2 Rezonans drgań Współczynnik dynamiczny dla drgań wymuszonych nie tłumionych Jeżeli ω→p , to β →∞ β= 1 p 1− ω 2 W przypadku wymuszania drgań z częstością zbliżoną do częstości drgań własnych następuje znaczący wzrost amplitudy drgań. W przypadku braku tłumienia amplituda dąży do nieskończoności. Rezonans drgań µ - amplituda γ b= ω Link do rezonansu: Z. Dyląg i in., Mechanika budowli. http://www.edukator.pl/Drgania-wymuszone,8067.html http://www.edukator.pl/ drgania1.exe Koniec Drgania własne drgania2.exe Drgania wahadła tłumione