background image

 

1

Opracował:

Piotr Zboralski 

Grupa:  

KBI 2 

Semestr: 

VII 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Trzcianka 19.X.2007 r. 

background image

 

2

 

Dla układu ramowego o zadanych przekrojach prętów obliczyć częstości drgań własnych i 
narysować trzy pierwsze postacie drgań. 
 
Zadany układ: 

 

Charakterystyki prętów: 
 





m

kg

I 200 

0,00334 

8

10

2140

 

26.3 

I 220 

≈5.315 

0.00395 

8

10

3060

 

31.09 

I 200 

0,00334 

8

10

2140

 

26.3 

I 220 

3,5 

0.00395 

8

10

3060

 

31.09 

 

Wyznaczenie wartości częstości drgań własnych w ujęciu komputerowym sprowadza się do 
rozwiązania ogólnego równania ruchu układu: 

[ ] [ ] [ ]

[ ]

[ ]

P

q

M

q

C

q

K

=





+





+

..

.

 

 

Po wyeliminowaniu z tego równania działania sił wymuszających i tłumienia, otrzymujemy 
równanie drgań własnych nietłumionych: 

[ ] [ ] [ ]

[ ]

0

..

=





+

q

M

q

K

,

 

gdzie: 

t

q

q

t

q

q

ω

ω

sin

sin

0

..

0

=

=

,  

zatem ostatecznie: 
 

[ ]

(

)

[ ] [ ]

0

]

[

0

=

q

M

K

λ

 

background image

 

3

 
 
 
W projekcie kaŜdy z prętów stanowi pojedynczy element, a przemieszczenia oprócz punktów 
węzłowych zostaną obliczone dodatkowo w punktach wynikających z podziału kaŜdego pręta na 5 
części, co pozwoli na dokładniejsze zobrazowanie postaci drgań własnych. 
 
Przyjęcie układu globalnego, układów lokalnych dla poszczególnych prętów oraz numeracja 
przemieszczeń węzłowych. 

a)  układ globalny 

 

b)  układy lokalne poszczególnych prętów: 

 

Z tak przyjętych układów lokalnych wynika, Ŝe transformację macierzy sztywności i mas z układu 
lokalnego do globalnego będziemy przeprowadzać dla pręta 2 i 4, odpowiednio o kąty ( 360 – 41 ) 

o

 oraz 90

o

Dla prętów 1 i 3 układy lokalne pokrywają się z układem globalnym. W tak przyjętych układach 
współrzędnych, pręt 1 to pręt z przegubem na lewym końcu, pręt nr 2 to pręt z przegubem na prawym 

background image

 

4

końcu pozostałe pręty zaś są obustronnie utwierdzone. Przy obliczaniu macierzy sztywności i mas dokonam 
redukcji statycznej. 
 

 

W układzie lokalnym 

Numer przemieszczenia 

1  2  3  4  5  6 
8  9  10  4  5  7 
4  5  6  11  12  13 

W

 u

k

ła

d

zi

g

lo

b

a

ln

ym

 

11  12  13  14  15  16 

 

Zerowe przemieszczenia: q

2

, q

8

, q

9

, q

10

, q

14

, q

15

, q

16 

Redukcja kątów obrotu: q

3

, q

7

 

 

Efekt dodatkowych sił bezwładności naleŜy uwzględnić przez dodanie do elementów: 

(

)

11

,

11

M

 oraz 

(

)

12

,

12

M

 w macierzy mas wartości masy m=230[kg] 

 
2. Utworzenie macierzy sztywności prętów: 
 

Wzory ogólne zamieszczone są na karcie projektowej. 
 
a)  pręt nr 1: pręt z przegubem na lewym końcu: 

 
Macierz sztywności w układzie lokalnym: 
 

=

3290250

  

          

822562.5

 

-

 

          

          

0.

    

0.

       

822562.5

         

          

0.

    

822562.5

 

-

         

205640.63

  

          

          

0.

    

0.

    

205640.63

 

-

        

          

0.

    

0.

 

          

          

0.

  

          

08

+

1.712D

    

0.

     

          

0.

       

08

+

1.712D

 

-

  

0.

 

          

          

0.

         

          

          

0.

    

0.

     

          

0.

   

          

          

0.

    

822562.5

    

205640.63

 

-

   

          

          

0.

    

0.

     

205640.63

         

          

0.

    

0.

 

          

          

0.

          

08

+

1.712D

 

-

     

0.

    

          

0.

         

08

+

1.712D

  

1

LOK

K

 

Transformacja do układu globalnego: 
 
Kąt wiąŜący układ lokalny z globalnym: 

o

0

=

α

 

 
Macierz transformacji: 
 

 

=

 

1.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

1.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

1.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

1.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

1.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

1.

    

T

 

 
Macierz sztywności w układzie globalnym (po wykonaniu transformacji):

T

K

T

K

T

=

 

background image

 

5

=

3290250.

 

822562.5

 

-

 

  

0.

   

  

0.

   

 

822562.5

  

0.

   

822562.5

 

-

 

205640.63

  

0.

   

  

0.

   

 

205640.63

 

-

  

0.

   

  

0.

   

  

0.

   

08

+

1.712D

  

0.

   

  

0.

   

08

+

1.712D

 

-

  

0.

   

  

0.

   

  

0.

   

  

0.

   

  

0.

   

  

0.

   

822562.5

 

205640.63

 

-

  

0.

   

  

0.

   

205640.63

 

  

0.

   

 

0.

 

 

0.

 

08

+

1.712D

 

-

 

 

0.

 

 

0.

 

08

+

1.712D

 

1

GLOB

K

 

 
 

b)  pręt nr 2: pręt z przegubem na prawym końcu: 
 

Macierz sztywności w układzie lokalnym: 
 

+

=

0.

  

 

0.

 

  

0.

   

  

0.

   

 

0.

  

0.

   

0.

  

125333.99

  

0.

   

666159.29

-

 

125333.99

 

-

  

0.

   

  

0.

    

  

0.

   

08

1.523D

  

0.

   

  

0.

   

08

+

1.523D

-

  

0.

    

666159.29

-

  

0.

   

3540685.2

666159.29

  

0.

   

0.

  

125333.99

-

  

0.

   

666159.29

125333.99

 

  

0.

   

 

0.

   

 

0.

 

08

+

1.523D

 

-

 

0.

 

 

0.

 

08

+

1.523D

 

2

LOK

K

 

 
Transformacja do układu globalnego: 
 
Kąt wiąŜący układ lokalny z globalnym: 

o

319

α

 

 
Macierz transformacji: 
 

 

=

.

0

.

0

.

0

.

0

.

0

.

0

.

0

752767

.

0

6585046

.

0

.

0

.

0

.

0

.

0

6585046

.

0

7525767

.

0

.

0

.

0

.

0

.

0

.

0

.

0

.

1

.

0

.

0

.

0

.

0

.

0

.

0

752767

.

0

6585046

.

0

.

0

.

0

.

0

.

0

6585046

.

0

7525767

.

0

2

T

 

 
Macierz sztywności w układzie globalnym (po wykonaniu transformacji):

T

K

T

K

T

=

 

 

=

0.

  

0.

 

   

0.

  

   

0.

  

0.

  

0.

0.

66134149.

 

75438646.

 

-

501335.96

 

-

66134149.

 

-

  

75438646.

 

0.

 

75438646.

 

-

86340929.

 

438668.96

 

-

 

75438646.

 

86340929.

 

-

0.

  

501335.96

 

-

  

438668.96

 

-

  

3540685.2

  

501335.96

  

438668.96

0.

66134149.

 

-

  

75438646.

  

501335.96

66134149.

 

 

75438646.

 

-

0.

 

75438646.

86340929.

 

-

 

438668.96

75438646.

 

-

86340929.

2

GLOB

K

 

 
c)  pręt nr 3: pręt obustronnie utwierdzony: 
 

Macierz sztywności w układzie lokalnym: 
 

background image

 

6

=

4387000.

1645125.

 

-

0.

2193500.

1645125.

  

0.

   

1645125.

 

-

822562.5

  

0.

   

1645125.

 

-

822562.5

 

-

 

0.

 

0.

 

  

0.

   

08

+

1.712D

 

  

0.

   

  

0.

   

08

+

1.712D

 

-

  

2193500.

    

1645125.

 

-

   

0.

   

4387000.

1645125.

   

0.

    

1645125.

  

822562.5

 

-

 

0.

   

1645125.

822562.5

  

  

0.

   

 

0.

   

0.

 

08

+

1.712D

 

-

 

0.

  

 

0.

 

08

+

1.712D

 

3

LOK

K

 
 
Transformacja do układu globalnego: 
 
Kąt wiąŜący układ lokalny z globalnym: 

o

0

α

 

 
Macierz transformacji: 

=

 

1.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

1.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

1.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

1.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

1.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

1.

    

3

T

 

 

 

 
Macierz sztywności w układzie globalnym (po wykonaniu transformacji):

T

K

T

K

T

=

 

 

=

4387000.

1645125.

 

-

0.

2193500.

1645125.

0.

1645125.

 

-

822562.5

  

0.

   

1645125.

 

-

822562.5

 

-

 

0.

 

0.

 

  

0.

   

08

+

1.712D

 

  

0.

   

  

0.

   

08

+

1.712D

 

-

  

2193500.

    

1645125.

 

-

   

0.

   

4387000.

1645125.

0.

1645125.

  

822562.5

 

-

 

0.

   

1645125.

822562.5

  

 

0.

 

0.

   

0.

 

08

+

1.712D

 

-

 

0.

  

 

0.

 

08

+

1.712D

 

3

GLOB

K

 

d)  pręt nr 4: pręt obustronnie utwierdzony: 

 

Macierz sztywności w układzie lokalnym: 
 

=

 

7169142.9

    

3072489.8

 

-

   

          

0.

   

          

3584571.4

    

3072489.8

         

          

0.

    

3072489.8

 

-

      

1755708.5

   

          

0.

  

          

3072489.8

 

-

  

1755708.5

 

-

        

          

0.

    

0.

          

          

0.

   

          

08

+

2.314D

         

0.

     

          

          

0.

    

08

+

2.314D

 

-

  

3584571.4

     

3072489.8

 

-

   

          

0.

   

          

7169142.9

    

3072489.8

        

          

0.

    

3072489.8

      

1755708.5

 

-

  

          

0.

    

          

3072489.8

    

1755708.5

        

          

0.

    

0.

 

          

          

0.

 

          

08

+

2.314D

 

-

         

0.

       

          

          

0.

    

08

+

2.314D

  

 

3

LOK

K

 
 
Transformacja do układu globalnego: 
 
Kąt wiąŜący układ lokalny z globalnym: 

o

90

α

 

 

background image

 

7

Macierz transformacji: 

=

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

3

T

 

 

 

 
Macierz sztywności w układzie globalnym (po wykonaniu transformacji):

T

K

T

K

T

=

 

 

=

7169142.9

     

10

-

1.881D

 

-

    

3072489.8

      

3584571.4

      

10

-

1.881D

      

3072489.8

 

-

  

10

-

1.881D

 

-

   

08

+

2.314D

    

08

-

1.406D

    

10

-

1.881D

 

-

   

08

+

2.314D

 

-

    

08

-

1.406D

 

-

  

3072489.8

     

08

-

1.406D

       

1755708.5

     

3072489.8

     

08

-

1.406D

 

-

     

1755708.5

 

-

  

3584571.4

     

10

-

1.881D

 

-

     

3072489.8

     

7169142.9

      

10

-

1.881D

      

3072489.8

 

-

  

10

-

1.881D

    

08

+

2.314D

 

-

   

08

-

1.406D

 

-

    

10

-

1.881D

    

08

+

2.314D

     

08

-

1.406D

    

3072489.8

 

-

    

08

-

1.406D

 

-

      

1755708.5

 

-

   

3072489.8

 

-

    

08

-

1.406D

      

1755708.5

    

 

3

GLOB

K

 

 
 
Macierz sztywności po agregacji zgodnie z tabelą alokacji: 
 
Agregację macierzy sztywności wykonałem zgodnie z tabelą alokacji (powiązań) 
 
3. Utworzenie macierzy mas prętów: 
 

Wzory ogólne zamieszczone są na karcie projektowej. 

 
a)  pręt nr 1: pręt z przegubem na lewym końcu: 

 
Macierz mas w układzie lokalnym: 
 

=

32.060952

       

36.068571

 

-

      

          

0.

    

0.

        

16.531429

 

-

     

          

0.

    

36.068571

 

-

     

51.097143

        

          

0.

    

0.

        

14.652857

       

          

0.

    

0.

  

          

          

0.

    

35.066667

    

0.

 

          

          

0.

    

17.533333

    

0.

  

          

          

0.

        

          

0.

    

0.

 

          

          

0.

        

          

0.

    

16.531429

 

-

     

14.652857

        

          

0.

    

0.

        

24.797143

       

          

0.

    

0.

 

          

          

0.

    

17.533333

    

0.

  

          

          

0.

    

35.066667

   

1

LOK

M

 

Transformacja do układu globalnego: 
 
Kąt wiąŜący układ lokalny z globalnym: 

o

0

=

α

 

 
Macierz transformacji: 
 

background image

 

8

 

=

 

1.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

1.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

1.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

1.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

1.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

1.

    

T

 

 
Macierz sztywności w układzie globalnym (po wykonaniu transformacji):

T

K

T

K

T

=

 

 

=

32.060952

       

36.068571

 

-

      

          

0.

    

0.

        

16.531429

 

-

     

          

0.

    

36.068571

 

-

     

51.097143

        

          

0.

    

0.

        

14.652857

       

          

0.

    

0.

  

          

          

0.

    

35.066667

    

0.

 

          

          

0.

    

17.533333

    

0.

  

          

          

0.

        

          

0.

    

0.

 

          

          

0.

        

          

0.

    

16.531429

 

-

     

14.652857

        

          

0.

    

0.

        

24.797143

       

          

0.

    

0.

 

          

          

0.

    

17.533333

    

0.

  

          

          

0.

    

35.066667

   

1

GLOB

M

 

 

b)  pręt nr 2: pręt z przegubem na prawym końcu: 
 

Macierz sztywności w układzie lokalnym: 

 

Transformacja do układu globalnego: 
 
Kąt wiąŜący układ lokalny z globalnym: 

o

319

α

 

=

 

0.

       

          

0.

       

          

0.

        

          

0.

        

          

0.

        

          

0.

    

0.

    

38.950752

      

          

0.

    

34.504348

    

23.016354

       

          

0.

    

0.

       

          

0.

    

55.081872

      

          

0.

        

          

0.

    

27.540936

    

0.

    

34.504348

      

          

0.

    

88.917879

    

75.282214

       

          

0.

    

0.

    

23.016354

      

          

0.

    

75.282214

    

80.262157

       

          

0.

    

0.

        

          

0.

    

27.540936

      

          

0.

        

          

0.

    

55.081872

    

2

LOK

M

 

 
Macierz transformacji: 
 

 

=

.

0

.

0

.

0

.

0

.

0

.

0

.

0

752767

.

0

6585046

.

0

.

0

.

0

.

0

.

0

6585046

.

0

7525767

.

0

.

0

.

0

.

0

.

0

.

0

.

0

.

1

.

0

.

0

.

0

.

0

.

0

.

0

752767

.

0

6585046

.

0

.

0

.

0

.

0

.

0

6585046

.

0

7525767

.

0

2

T

 

 
Macierz sztywności w układzie globalnym (po wykonaniu transformacji):

T

K

T

K

T

=

 

 

background image

 

9

=

0.

      

          

0.

          

          

0.

       

          

0.

         

          

0.

         

          

0.

    

0.

    

45.945663

    

7.9941832

 

-

  

25.967168

    

24.978341

    

2.2422709

 

-

  

0.

    

7.9941832

 

-

  

48.086962

    

22.721272

    

2.2422709

 

-

  

25.578949

    

0.

     

25.967168

    

22.721272

    

88.917879

     

56.65564

    

49.573685

    

0.

      

24.978341

    

2.2422709

 

-

   

56.65564

    

69.343272

    

12.478725

    

0.

    

2.2422709

 

-

  

25.578949

    

49.573685

    

12.478725

    

66.000757

    

    

2

GLOB

M

 

 

c)  pręt nr 3: pręt obustronnie utwierdzony: 
 

Macierz sztywności w układzie lokalnym: 
 

=

16.030476

        

22.041905

 

-

    

          

0.

    

12.022857

 

-

  

13.024762

 

-

    

          

0.

    

22.041905

 

-

      

39.074286

      

          

0.

    

13.024762

    

13.525714

      

          

0.

    

0.

  

          

          

0.

    

35.066667

     

          

0.

        

          

0.

    

17.533333

    

12.022857

 

-

      

13.024762

      

          

0.

    

16.030476

    

22.041905

      

          

0.

    

13.024762

 

-

     

13.525714

      

          

0.

    

22.041905

    

39.074286

      

          

0.

    

0.

          

          

0.

    

17.533333

      

          

0.

       

          

0.

    

35.066667

    

 

3

LOK

M

 

 
Transformacja do układu globalnego: 
 
Kąt wiąŜący układ lokalny z globalnym: 

o

0

α

 

 
Macierz transformacji: 

=

 

1.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

1.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

1.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

1.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

1.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

0.

    

1.

    

3

T

 

 

 

 
Macierz sztywności w układzie globalnym (po wykonaniu transformacji):

T

K

T

K

T

=

 

 

=

16.030476

        

22.041905

 

-

    

          

0.

    

12.022857

 

-

  

13.024762

 

-

    

          

0.

    

22.041905

 

-

      

39.074286

      

          

0.

    

13.024762

    

13.525714

      

          

0.

    

0.

  

          

          

0.

    

35.066667

     

          

0.

        

          

0.

    

17.533333

    

12.022857

 

-

      

13.024762

      

          

0.

    

16.030476

    

22.041905

      

          

0.

    

13.024762

 

-

     

13.525714

      

          

0.

    

22.041905

    

39.074286

      

          

0.

    

0.

          

          

0.

    

17.533333

      

          

0.

       

          

0.

    

35.066667

    

 

3

GLOB

M

 

 

d)  pręt nr 4: pręt obustronnie utwierdzony: 

 

Macierz sztywności w układzie lokalnym: 
 

background image

 

10

=

 

12.695083

       

19.949417

 

-

     

          

0.

    

9.5213125

 

-

     

11.788292

 

-

    

          

0.

    

19.949417

 

-

 

          

40.417

       

          

0.

      

11.788292

         

13.9905

      

          

0.

    

0.

 

          

          

0.

    

36.271667

        

          

0.

        

          

0.

    

18.135833

    

9.5213125

 

-

     

11.788292

       

          

0.

      

12.695083

     

19.949417

      

          

0.

    

11.788292

 

-

          

13.9905

       

          

0.

     

19.949417

 

          

40.417

      

          

0.

    

0.

          

          

0.

    

18.135833

         

          

0.

        

          

0.

    

36.271667

   

 

4

LOK

M

 

 
Transformacja do układu globalnego: 
 
Kąt wiąŜący układ lokalny z globalnym: 

o

90

α

 

 
Macierz transformacji: 

=

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

3

T

 

 

 

 
Macierz sztywności w układzie globalnym (po wykonaniu transformacji):

T

K

T

K

T

=

 

 

=

 

12.695083

     

15

-

1.222D

 

-

      

19.949417

     

9.5213125

 

-

     

16

-

7.218D

 

-

     

11.788292

    

15

-

1.222D

 

-

       

36.271667

    

16

-

2.538D

 

-

    

16

-

7.218D

         

18.135833

    

16

-

2.538D

    

19.949417

       

16

-

2.538D

 

-

 

          

40.417

      

11.788292

 

-

      

16

-

2.538D

         

13.9905

    

9.5213125

 

-

        

16

-

7.218D

     

11.788292

 

-

     

12.695083

        

15

-

1.222D

     

19.949417

 

-

  

16

-

7.218D

 

-

         

18.135833

     

16

-

2.538D

     

15

-

1.222D

        

36.271667

    

16

-

2.538D

 

-

  

11.788292

       

16

-

2.538D

  

          

13.9905

    

19.949417

 

-

     

16

-

2.538D

 

-

          

40.417

    

 

4

GLOB

M

 
 
Agregację macierzy sztywności wykonałem zgodnie z tabelą alokacji (powiązań) 
 
Po wykonaniu agregacji moŜemy uwzględnić warunki podparcia. Po uwzględnieniu warunków 
podparcia z macierzy sztywności oraz mas wykreśliłem wiersze i kolumny odpowiadające 
zerowym przemieszczeniom ostatecznie otrzymując macierze o wymiarach [6x6] 
 
Macierz sztywności po uwzględnieniu warunków brzegowych: 

K= 
[.171200E+09  ,-.171200E+09  , .000000E+00  , .000000E+00  , .000000E+00  , .000000E+00  , .000000E+00  ; 
-.171200E+09  , .428700E+09  ,-.754386E+08  , .000000E+00  ,-.171200E+09  , .000000E+00  , .000000E+00  ; 
 .000000E+00  ,-.754386E+08  , .671624E+08  , .822563E+06  , .000000E+00  ,-.822563E+06  , .164513E+07  ; 
 .000000E+00  , .000000E+00  , .822563E+06  , .767725E+07  , .000000E+00  ,-.164513E+07  , .219350E+07  ; 
 .000000E+00  ,-.171200E+09  , .000000E+00  , .000000E+00  , .172900E+09  , .000000E+00  ,-.307249E+07  ; 
 .000000E+00  , .000000E+00  ,-.822563E+06  ,-.164513E+07  , .000000E+00  , .232200E+09  ,-.164513E+07  ; 
 .000000E+00  , .000000E+00  , .164513E+07  , .219350E+07  ,-.307249E+07  ,-.164513E+07  , .115561E+08  ; ] 

 
 
 
 

background image

 

11

Macierz mas po uwzględnieniu warunków brzegowych: 

M= 
[.350667E+02  , .175333E+02  , .000000E+00  , .000000E+00  , .000000E+00  , .000000E+00  , .000000E+00  ; 
 .175333E+02  , .118220E+03  ,-.799418E+01  , .000000E+00  , .175333E+02  , .000000E+00  , .000000E+00  ; 
 .000000E+00  ,-.799418E+01  , .136117E+03  ,-.140267E+02  , .000000E+00  , .135257E+02  ,-.130248E+02  ; 
 .000000E+00  , .000000E+00  ,-.140267E+02  , .480914E+02  , .000000E+00  , .130248E+02  ,-.120229E+02  ; 
 .000000E+00  , .175333E+02  , .000000E+00  , .000000E+00  , .305484E+03  , .000000E+00  ,-.199494E+02  ; 
 .000000E+00  , .000000E+00  , .135257E+02  , .130248E+02  , .000000E+00  , .305346E+03  ,-.220419E+02  ; 
 .000000E+00  , .000000E+00  ,-.130248E+02  ,-.120229E+02  ,-.199494E+02  ,-.220419E+02  , .287256E+02  ; ]

 

Podstawiając powyŜsze macierze do równania 

[ ]

[ ]

(

)

[ ] [ ]

0

0

=

q

M

K

λ

 wyznaczam wartości 

własne λ oraz wektory własne [q

0

]. PowyŜsze równanie rozwiązałem uŜywając programu UPW, 

otrzymując: 
 
Wartości własne

 ( λ= )

 

  NR       REAL             IMAG 
    1   .432049E+04     .000000E+00 
    2   .123353E+06     .000000E+00 
    3   .426570E+06     .000000E+00 
    4   .704657E+06     .000000E+00 
    5   .841799E+06     .000000E+00 
    6   .181021E+07     .000000E+00 
    7   .978354E+07     .000000E+00 

Częstości drgań własnych:

 

λ

ϖ

=

 

 





=





=





=





=





=





=





=

s

rad

3127.8651

s

rad

1345.4404

s

rad

917.49605

s

rad

839.4385

 

s

rad

653.12327

s

rad

351.21646

s

rad

65.730434

7

6

5

4

3

2

1

ω

ω

ω

ω

ω

ω

ω

 

Wektory własne:   
       

  

 

 
  NR       REAL           
 
    1  -.100000E+01      
    2  -.998673E+00      
    3  -.113020E+01      
    4   .170884E+00      
    5  -.999110E+00      
    6  -.390512E-02       
    7  -.126878E+00      

background image

 

12

 

 
  NR       REAL           
 
    1   .156355E-01 
    2   .150503E-01      
    3   .629518E-02      
    4   .804101E+00      
    5   .176121E-01      
    6   .155764E-01      
    7  -.372249E+00      
 

 
  NR       REAL           
 
    1   .104593E+00      
    2   .914591E-01      
    3  -.414562E+00      
    4   .392244E+00      
    5   .256146E+00      
    6  -.751252E-01      
    7   .999137E+00      

 

Do dalszych obliczeń przyjmuję 3 pierwsze postacie drgań własnych o częstościach: 

 





=





=





=

s

rad

653.12327

s

rad

351.21646

s

rad

65.730434

3

2

1

ω

ω

ω

 

 
Postacie drgań własnych:

 

 
W celu narysowania postaci drgań własnych posłuŜyłem się funkcjami kształtu (zamieszczone na 
karcie tematycznej projektu).  
Do opisu przemieszczeń na długości pręta posłuŜyłem się następującymi funkcjami przemieszczeń: 

( )

( )

( )

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

6

6

5

5

3

3

2

2

4

4

1

1

x

N

q

x

N

q

x

N

q

x

N

q

x

v

x

N

q

x

N

q

x

u

+

+

+

=

+

=

 

 

a)  dla: 





=

s

rad

65.730434

1

ω

wektory uogólnionych przemieszczeń węzłowych w układzie 

lokalnym: 

- 1. 

0. 

- 0.998673 

- 0.0039051 

0. 

0. 

- 1.1302 

0.99911 

0. 

0. 

0.170884 

- 0.126878 

- 0.998673 

- 0.0073361 

- 0.99911 

0. 

- 1.1302 

- 1.508193 

- 0.0039051 

0. 

0.170884 

0. 

- 0.126878 

0. 

 
Przemieszczenia w lokalnym układzie współrzędnych dla wybranych punktów są 
następujące: 

pręt nr 1: 

background image

 

13

 

- 1. [m] 

 

0. [m] 

- 0.9997346 [m] 

 

- 0.4001587 [m] 

- 0.9994692 [m] 

 

- 0.7567876 [m] 

- 0.9992038 [m] 

 

- 1.0263573 [m] 

- 0.9989384 [m] 

 

- 1.165338 [m] 

- 0.998673 [m] 

 

- 1.1302 [m] 

 

pręt nr 2: 

 

0. [m] 

 

0. [m] 

- 0.0014672 [m] 

 

- 0.0844588 [m] 

- 0.0029344 [m] 

 

- 0.3137041 [m] 

- 0.0044017 [m] 

 

- 0.6515394 [m] 

- 0.0058689 [m] 

 

- 1.0617678 [m] 

- 0.0073361 [m] 

 

- 1.508193 [m] 

 

pręt nr 3: 

 

- 0.998673 [m] 

 

- 1.1302 [m] 

- 0.9987604 [m] 

 

- 0.9093323 [m] 

- 0.9988478 [m] 

 

- 0.5865939 [m] 

- 0.9989352 [m] 

 

- 0.2616597 [m] 

- 0.9990226 [m] 

 

- 0.0342051 [m] 

- 0.99911 [m] 

 

- 0.0039051 [m] 

 
 
 

pręt nr 4: 

 

- 0.0039051 [m] 

 

0.99911 [m] 

- 0.0031241 [m] 

 

0.8383612 [m] 

- 0.0023431 [m] 

 

0.5834768 [m] 

- 0.0015620 [m] 

 

0.3090557 [m] 

- 0.0007810 [m] 

 

0.0896971 [m] 

0. [m] 

 

0 [m] 

 

background image

 

14

 

b)  dla: 





=

s

rad

351.21646

2

ω

wektory uogólnionych przemieszczeń węzłowych w układzie 

lokalnym: 

 

0.0156355 

0. 

0.0150503 

0.0155764 

0. 

0. 

0.0062952 

- 0.0176121 

0. 

0. 

0.804101 

- 0.372249 

0.0150503 

0.0071811 

0.0176121 

0. 

0.0062952 

0.0146483 

0.0155764 

0. 

0.804101 

0. 

- 0.372249 

0. 

Przemieszczenia w lokalnym układzie współrzędnych dla wybranych punktów są 
następujące: 
 

pręt nr 1: 

 

0.0156355 [m] 

 

0. [m] 

0.0155185 [m] 

 

- 0.3069114 [m] 

0.0154014 [m] 

 

- 0.5367802 [m] 

0.0152844 [m] 

 

- 0.6125638 [m] 

0.0151673 [m] 

 

- 0.4572195 [m] 

0.0150503 [m] 

 

0.0062952 [m] 

 
 

pręt nr 2: 

 

0. [m] 

 

0. [m] 

0.0014362 [m] 

 

0.0008203 [m] 

0.0028724 [m] 

 

0.0030468 [m] 

0.0043087 [m] 

 

0.0063281 [m] 

0.0057449 [m] 

 

0.0103124 [m] 

0.0071811 [m] 

 

0.0146483 [m] 

 

background image

 

15

pręt nr 3: 

 

0.0150503 [m] 

 

0.0062952 [m] 

0.0155627 [m] 

 

0.4666080 [m] 

0.0160750 [m] 

 

0.6156680 [m] 

0.0165874 [m] 

 

0.5354996 [m] 

0.0170997 [m] 

 

0.3081276 [m] 

0.0176121 [m] 

 

0.0155764 [m] 

 

pręt nr 4: 

 

0.0155764 [m] 

 

- 0.0176121 [m] 

0.0124611 [m] 

 

- 0.1825480 [m] 

0.0093458 [m] 

 

- 0.1990261 [m] 

0.0062306 [m] 

 

- 0.1312751 [m] 

0.0031153 [m] 

 

- 0.0435235 [m] 

0. [m] 

 

0. [m] 

 

background image

 

16

c)  dla 





=

s

rad

653.12327

3

ω

wektory uogólnionych przemieszczeń węzłowych w układzie 

lokalnym: 

 

0.104593 

0. 

0.0914591 

- 0.0751252 

0. 

0. 

- 0.414562 

- 0.256146 

0. 

0. 

0.392244 

0.999137 

0.0914591 

0.3418210 

0.256146 

0. 

- 0.414562 

- 0.2517635 

- 0.0751252 

0. 

0.392244 

0. 

0.999137 

0. 

 

pręt nr 1: 

 

0.104593 [m] 

 

0. [m] 

0.1019662 [m] 

 

- 0.2733320 [m] 

0.0993394 [m] 

 

- 0.4990592 [m] 

0.0967127 [m] 

 

- 0.6295765 [m] 

0.0940859 [m] 

 

- 0.6172791 [m] 

0.0914591 [m] 

 

- 0.414562 [m] 

 

pręt nr 2: 

 

0. [m] 

 

0. [m] 

0.0683642 [m] 

 

- 0.0140988 [m] 

0.1367284 [m] 

 

- 0.0523668 [m] 

0.2050926 [m] 

 

- 0.1087618 [m] 

0.2734568 [m] 

 

- 0.1772415 [m] 

0.3418210 [m] 

 

- 0.2517635 [m] 

 

pręt nr 3: 

 

0.0914591 [m] 

 

- 0.414562 [m] 

0.1243965 [m] 

 

- 0.3063212 [m] 

0.1573339 [m] 

 

- 0.4528163 [m] 

0.1902712 [m] 

 

- 0.6194882 [m] 

0.2232086 [m] 

 

- 0.5717775 [m] 

0.256146 [m] 

 

- 0.0751252 [m] 

 

pręt nr 4: 

 

- 0.0751252 [m] 

 

- 0.256146 [m] 

- 0.0601002 [m] 

 

0.2181066 [m] 

- 0.0450751 [m] 

 

0.3375824 [m] 

- 0.0300501 [m] 

 

0.2455466 [m] 

- 0.0150250 [m] 

 

0.0852642 [m] 

0. [m] 

 

0. [m] 

 

background image

 

17