background image

 

LABORATORIUM WIBROAKUSTYKI MASZYN 

 

Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania 

Instytut Mechaniki Stosowanej 

Zakład Wibroakustyki i Bio-Dynamiki Systemów 

 

 

Grupa: M-2 
Imię i Nazwisko: 
1.Kukiełczyński Piotr 
2.Nowak Rafał 

Ć

wiczenie nr. 3 : Wyznaczanie parametrów dynamicznych układów metodą 

drgań swobodnych 

Data wykonania ćwiczenia: 
6 grudzień 2011 

Data oddania sprawozdania: 
20 grudzień 2011 

Ocena: 

 

 
 

1.

 

Cel ćwiczenia: 

 

 

Poznanie zasad modelowania obiektów rzeczywistych - zastąpienie obiektu badanego 
(belka jedno- lub dwuwspornikowa z dodatkową masą) modelem fizycznym 
i matematycznym (układ zastępczy – model fizyczny o jednym stopniu swobody). 

 

Określenie na drodze analityczno-eksperymentalnej dla każdego z badanych układów 
parametrów dynamicznych: masy zredukowanej, zastępczego współczynnika tłumienia 
i zastępczego współczynnika sprężystości. 

 
2.

 

Schemat stanowiska: 

 

 

Rysunek 1. Schemat blokowy stanowiska laboratoryjnego. 

 

 

Rysunek 2.Schemat ideowy wykorzystywany przy wyznaczaniu zredukowanych parametrów dynamicznych 

obiektu mechanicznego metodą energetyczną 

 

background image

3.

 

Przebieg ćwiczenia: 

 

Na początku musieliśmy zważyć belkę, dodatkowe masy wraz z uchwytem oraz zmierzyć samą 

belkę. 

W trakcie zajęć pobudzaliśmy do drgań stalowy płaski pręt. Na komputerze zmienialiśmy 

parametry dotyczące: napięcia prądu w przetworniku piezoelektrycznym, częstotliwości 
próbkowania i ilości próbek. Po poddaniu belki drganiom uzyskiwaliśmy wykres napięcia od 
czasu. 

Zarejestrowaliśmy wyniki dla 3 różnych mas zamocowanych na belce. 

 
4.

 

Wyniki pomiarów: 

 
Wyniki pomiarów: 
 

Mała masa (M

1

0,2808kg 

Ś

rednia masa (M

2

0,4811kg 

Duża masa(M

3

0,6737kg 

Masa całej belki (m

c

0,3798kg 

Masa czynna belki (m

b

0,243kg 

Długość belki (l

c

0,4m 

Długość czynna belki (l) 

0,235m 

Szerokość belki (b) 

0,039m 

Wysokość belki (h) 

0,0034m 

Moment bezwładności 
przekroju belki względem osi 
obojętnej (I) 

1,28*10

-10

m

4

 

 

 
Mała masa: 
 

 

T

r

=0,057s 

 
 
 
 
 
 
 
 

-1

-0,5

0

0,5

1

0

0

,0

6

7

0

,1

3

3

0

,2

0

,2

6

7

0

,3

3

3

0

,4

0

,4

6

7

0

,5

3

3

0

,6

0

,6

6

7

0

,7

3

3

0

,8

0

,8

6

7

0

,9

3

3

1

1

,0

6

7

1

,1

3

3

1

,2

1

,2

6

7

1

,3

3

3

1

,4

1

,4

6

7

1

,5

3

3

1

,6

N

a

p

ci

e

 A

 [

V

]

Czas t [s]

Napięcie na czujniku w czasie w trakcie drgań 

belki

Napięcie

background image

Ś

rednia masa: 

 

 

T

r

=0,063s 

 
Duża masa: 
 

 

T

r

=0,076s 

 

5.

 

Obliczenia: 

 

 

Logarytmiczny dekrement tłumienia drgań A: 

∆= ln

= ln

 

A

i,i+1

-kolejne amplitudy (odczytywane z wykresu): 

∆ =

0,862

0,725 = 0,173

 

 

∆ =

2,142

1,888 = 0,126

 

 

∆ =

1,733

1,559 = 0,106

 

-3

-2

-1

0

1

2

3

0

0

,0

6

7

0

,1

3

3

0

,2

0

,2

6

7

0

,3

3

3

0

,4

0

,4

6

7

0

,5

3

3

0

,6

0

,6

6

7

0

,7

3

3

0

,8

0

,8

6

7

0

,9

3

3

1

1

,0

6

7

1

,1

3

3

1

,2

1

,2

6

7

1

,3

3

3

1

,4

1

,4

6

7

1

,5

3

3

1

,6

N

a

p

ci

e

 A

 [

V

]

Czas t [s]

Napięcie na czujniku w czasie w trakcie drgań 

belki

Napięcie

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

0

0

,0

8

0

,1

6

0

,2

4

0

,3

2

0

,4

0

,4

8

0

,5

6

0

,6

4

0

,7

2

0

,8

0

,8

8

0

,9

6

1

,0

4

1

,1

2

1

,2

1

,2

8

1

,3

6

1

,4

4

1

,5

2

1

,6

1

,6

8

1

,7

6

1

,8

4

1

,9

2

N

a

p

ci

e

 A

 [

V

]

Czas t [s]

Napięcie na czujniku w czasie w trakcie drgań 

belki

Napięcie

background image

 

Masa zredukowana: 

= + 0,24  

 

= 0,2808 + 0,24 ∗ 0,243 = 0,372!" 

 

#

= 0,4811 + 0,24 ∗ 0,243 = 0,572!" 

 

$

= 0,6737 + 0,24 ∗ 0,243 = 0,765!" 

 

 

Zredukowany współczynnik tłumienia: 

% =

2 ∆

&

 

 

% =

2 ∗ 0,372 ∗ 0,173

0,057

= 2,259 

 

%

#

=

2 ∗ 0,572 ∗ 0,126

0,063

= 2,293 

 

%

$

=

2 ∗ 0,765 ∗ 0,106

0,076

= 2,130 

 

 

Zredukowany współczynnik sprężystości: 

! =

4

&

#

'

#

+ ∆

#

 

 

! =

4 ∗ 0,372

0,057

#

'

#

+ 0,173

#

= 4533,29

(

 

 

! =

4 ∗ 0,572

0,063

#

'

#

+ 0,126

#

= 5701,20

(

 

 

! =

4 ∗ 0,765

0,076

#

'

#

+ 0,106

#

= 5233,62

(

 

 

 

Częstość własna modelu: 

)

*

= +

!

 

 

)

*

= +

4533,29

0,372 = 110,40

 

 

)

*

= +

5701,20

0,572 = 99,81

 

 

)

*

= +

5233,62

0,765 = 82,72

 

 
 

background image

 

Stopień tłumienia modelu: 

, =

%

2-!

 

 

, =

2,259

2-4533,29 ∗ 0,372

= 0,028 

 

,

#

=

2,293

2-5701,20 ∗ 0,572

= 0,020 

 

,

$

=

2,130

2-5233,62 ∗ 0,765

= 0,017 

 

 

Częstość drgań wokół położenia równowagi: 

) = )

*

∗ -1 − ,

#

 

 

) = 110,40 ∗ -1 − 0,028

#

= 110,36 

 

) = 99,81 ∗ -1 − 0,020

#

= 99,79 

 

) = 82,72 ∗ -1 − 0,017

#

= 82,71 

 

 

Częstotliwość własna układu: 

/

*

=

1

2' +

!

 

/

*

=

1

2'

+4533,29

0,372 = 17,5701

 

/

*

=

1

2'

+5701,20

0,572 = 15,8901

 

/

*

=

1

2'

+5233,62

0,765 = 13,1701

 

 
6.

 

Zestawienie  wyników,  wykresy  kolumnowe,  punktowe  itp.  najbardziej  adekwatne  do 

uzyskanych wyników: 

 
 
 

Masa mała 

Masa średnia 

Masa duża 

Logarytmiczny 
dekrement tłumienia 
drgań 

0,173 

0,126 

0,106 

Masa zredukowana 
[kg] 

0,372 

0,572 

0,765 

Zredukowany 
współczynnik 
tłumienia 

2,259 

2,293 

2,130 

Zredukowany 
współczynnik 
sprężystości [N/m] 

4533,29 

5701,20 

5233,62 

background image

Częstość własna 
modelu 

110,40 

99,81 

82,72 

Stopień tłumienia 
modelu 

0,028 

0,020 

0,017 

Częstość drgań wokół 
położenia równowagi 

110,36 

99,79 

82,71 

Częstotliwość własna 
układu [Hz] 

17,57 

15,89 

13,17 

   

7.

 

Wnioski, podsumowanie: 

 

 

Amplituda  nie  wzrasta  wraz  ze  wzrostem  dodatkowej  masy.  Największą  uzyskaną 
amplitudę możemy odczytać z wykresu dla średniej masy. 

 

Wraz ze wzrostem masy: 

 

rośnie okres; 

 

spada częstotliwość; 

 

spada częstość drgań; 

 

zmniejsza się logarytmiczny dekrement tłumienia drgań; 

 

zmniejsza się stopień tłumienia modelu. 

 

Współczynniki  tłumienia  oraz  sprężystości  Wzrastają  dla  masy  średniej  i maleją  dla  dużej. 
Nie są proporcjonalne do wzrostu masy.