background image

 

Politechnika Poznańska 

 

 

 

 

              Poznań, dnia 24.04.2004 r. 

Instytut Konstrukcji Budowlanych 
Zakład Mechaniki Budowli 

 
 
 

 
 

 
 
 

 
 

 
 

Dynamika – ujęcie klasyczne 

 

 
 

 
 
 

 
 

 
 
 

 
 
 

 
 

 
 
 

 
 

 
 
 

 
 
 

 
 

Konsultacje:   

 

 

 

 

 

 

 

Wykonał: 

dr inż. 

P. 

Litewka 

       Piotr 

Siniecki 

          grupa 

III 

          2003/2004 

background image

Dynamika – ujęcie klasyczne

                          

 

- 2 - 

Piotr Siniecki grupa III 

 

2004-04-24 

 
Dana jest belka o następujących parametrach 

 

 

2,00

2,00

3,00

2,00

m

2

m

1

m

3

k

 

 
 

gdzie: 
m

1

 = 200 kg   

m

1

 = m 

m

2

 = 300 kg   

m

2

 = 1,5 m 

m

3

 = 150 kg   

m

3

 = 0,75 m 

 

k = 0,25 EI 
 
 

 
 

2,00

2,00

3,00

2,00

q

q

1

q

1

-m

..

2

..

-m

2

..

3

3

-m

 

 
 

SSD = 3 

 

 
Zaprojektowanie przekroju pręta przy statycznym obciążeniu masami tak, aby maksymalne 
naprężenia były rzędu 100 MPa 

 
Przy obciążeniu belki siłami przyjmuję g = 10 m/s

2

 

 
 

2,00

2,00

3,00

2,00

3 kN

1,5 kN

2 kN

 

 
 

 
 
 

background image

Dynamika – ujęcie klasyczne

                          

 

- 3 - 

Piotr Siniecki grupa III 

 

2004-04-24 

 
 

Wykres momentów [kNm] 
 

2,00

2,00

3,00

2,00

10,222

5,899

7,111

 

 

 
M

max

 = 10,222 kNm = 1022,2 kNcm 

 
Dobieram przekrój dwuteowy  
 

3

2

2

cm

22

,

102

W

cm

kN

10

W

2

,

1022

cm

kN

10

W

M

MPa

100

W

M

 

 

Przyjmuję  I 160     W = 117 cm

3

 

I = 935 cm

4

  A = 22,8 cm

2

 

 

 

MPa

100

MPa

36

,

87

100

117

2

,

1022

 

 

 
 

Obliczam współczynniki podatności 
 

( )

( )

( )

δ

+

δ

+

δ

=

δ

+

δ

+

δ

=

δ

+

δ

+

δ

=

3

3

33

2

2

32

1

1

31

3

3

3

23

2

2

22

1

1

21

2

3

3

13

2

2

12

1

1

11

1

q

m

q

m

q

m

t

q

q

m

q

m

q

m

t

q

q

m

q

m

q

m

t

q

 

 
Obliczanie współczynników 

ik

δ

 

 

∑∫

=

δ

dx

EI

M

M

k

i

ik

 

background image

Dynamika – ujęcie klasyczne

                          

 

- 4 - 

Piotr Siniecki grupa III 

 

2004-04-24 

 
Stan “1” 

2,00

2,00

3,00

2,00

1

9

1

5

9

9

7

1

9

9

1

4

2

k

 

 

Stan “2” 

2,00

2,00

3,00

2,00

1

5

9

1

9

1

2

2

9

9

8

9

4

k

 

 
Stan “3” 

2,00

2,00

3,00

2,00

1

9

9

2

4

1

5

9

9

7

9

8

k

 

 

41975

,

10

4

1

:

9

7

9

4

9

5

1

3

2

9

8

2

2

1

9

8

3

1

9

5

1

3

2

9

8

3

2

1

9

5

1

3

1

9

8

3

2

9

2

2

3

2

1

9

8

3

2

9

2

2

4

2

1

EI

09877

,

6

4

1

:

9

7

9

2

9

5

1

3

2

9

4

2

2

1

9

4

3

1

9

5

1

3

2

9

4

5

2

1

9

5

1

3

1

9

4

3

2

9

5

1

5

2

1

9

4

3

2

9

5

1

2

2

1

EI

02469

,

10

4

1

:

9

4

9

2

9

2

2

3

2

9

1

1

5

2

1

9

2

2

3

1

9

1

1

3

2

9

5

1

2

2

1

9

1

1

3

1

9

2

2

3

2

9

1

1

2

2

1

9

1

1

3

2

9

5

1

2

2

1

EI

67901

,

9

4

1

:

9

7

9

7

9

5

1

3

2

9

5

1

2

2

1

9

5

1

3

2

9

5

1

7

2

1

EI

60494

,

15

4

1

:

9

4

9

4

9

2

2

3

2

9

2

2

5

2

1

9

2

2

3

2

9

2

2

4

2

1

EI

45679

,

7

4

1

:

9

2

9

2

9

5

1

3

2

9

5

1

7

2

1

9

5

1

3

2

9

5

1

2

2

1

EI

23

13

12

33

22

11

=

+

+

+

+

+

+

+

=

δ

=

+

+

+

+

+

+

+

=

δ

=

+

+

+

+

+

+

+

=

δ

=

+

+

=

δ

=

+

+

=

δ

=

+

+

=

δ

 

background image

Dynamika – ujęcie klasyczne

                          

 

- 5 - 

Piotr Siniecki grupa III 

 

2004-04-24 

 

=

+

+

+

=

+

+

+

=

+

+

+

••

••

••

••

••

••

••

••

••

0

EI

q

m

25926

,

7

EI

q

m

62963

,

15

EI

q

m

09877

,

6

q

0

EI

q

m

81481

,

7

EI

q

m

40741

,

23

EI

q

m

02469

,

10

q

0

EI

q

m

57408

,

4

EI

q

m

03704

,

15

EI

q

m

45679

,

7

q

3

2

1

3

3

2

1

2

3

2

1

1

 

 
Jest to układ równań różniczkowych jednorodnych, który rozwiązujemy poprzez następujące 

podstawienie: 
 

( )

( )

( )

t

sin

A

q

t

cos

A

q

t

sin

A

q

i

2

i

i

i

i

i

ω

ω

=

ω

ω

=

ω

=

 

 
dzieląc wszystkie trzy równania przez sin(ωt) otrzymujemy: 
 

=

ω

ω

ω

=

ω

ω

ω

=

ω

ω

ω

0

A

EI

m

25926

,

7

A

EI

m

62963

,

15

A

EI

m

09877

,

6

A

0

A

EI

m

81481

,

7

A

EI

m

40741

,

23

A

EI

m

02469

,

10

A

0

A

EI

m

57408

,

4

A

EI

m

03704

,

15

A

EI

m

45679

,

7

A

3

2

2

2

1

2

3

3

2

2

2

1

2

2

3

2

2

2

1

2

1

 

 

podstawiając 

λ

=

ϖ

EI

m

2

 otrzymujemy: 

 

(

)

(

)

(

)

=

λ

+

λ

λ

=

λ

λ

+

λ

=

λ

λ

λ

0

A

25926

,

7

1

A

62963

,

15

A

09877

,

6

0

A

81481

,

7

A

40741

,

23

1

A

02469

,

10

0

A

57408

,

4

A

03704

,

15

A

45679

,

7

1

3

2

1

3

2

1

3

2

1

 

 
Korzystam z programu do obliczenia uogólnionego problemu własnego macierzy 

 

(

)

=

λ

0

q

B

A

 

gdzie: 

 

=

1

0

0

0

1

0

0

0

1

A

 

 

=

25926

,

7

62963

,

15

09877

,

6

81481

,

7

40741

,

23

02469

,

10

57408

,

4

03704

,

15

45679

,

7

B

 

 

background image

Dynamika – ujęcie klasyczne

                          

 

- 6 - 

Piotr Siniecki grupa III 

 

2004-04-24 

 
Wartości własne macierzy: 

 

=

λ

=

λ

=

λ

82170

,

1

45853

,

0

02825

,

0

3

2

1

 

m

EI

λ

=

ω

 

E = 205 GPa = 205 E9 N/m

2

 

I = 935 cm

4

 = 9,35 E-6 m

4

 

EI = 1916750 N/m

2

 

 
 

s

rad

13144

,

132

s

rad

29055

,

66

s

rad

45421

,

16

3

2

1

=

ϖ

=

ϖ

=

ϖ

 

 
Wektory własne 

 

(

)

(

)

(

)

55282

,

0

;

62755

,

0

;

00000

,

1

q

07085

,

1

;

12776

,

0

;

56427

,

0

q

55689

,

0

;

79904

,

0

;

52127

,

0

q

3

2

1

=

=

=

 

I postać drgań 

s

rad

45421

,

16

1

=

ϖ

 

k

0,52127

0,79904

0,55689

 

II postać drgań 

s

rad

29055

,

66

2

=

ϖ

 

-0,56427

-0,12776

k

1,07085

 

 

III postać drgań 

s

rad

13144

,

132

3

=

ϖ

 

-1,00000

-0,55282

k

0,62755

 

 

background image

Dynamika – ujęcie klasyczne

                          

 

- 7 - 

Piotr Siniecki grupa III 

 

2004-04-24 

 

Obliczenie amplitudy drgań wymuszonych przez zadane obciążenie harmoniczne, 

znalezienie sił dynamicznych działających na układ oraz sporządzenie obwiedni 

dynamicznych momentów zginających. 

 

 

 

2,00

2,00

3,00

2,00

Pcos(pt)

m

2

m

1

m

3

k

 

 

 
P = 12000 N 
p = 36 Hz   

s

rad

19

,

226

Hz

36

2

=

π

 

 

 
 

δ

+

δ

+

δ

=

δ

+

δ

+

δ

=

δ

+

δ

+

δ

=

3

3

33

2

2

32

1

1

31

3

3

3

23

2

2

22

1

1

21

2

3

3

13

2

2

12

1

1

11

1

q

m

q

m

q

m

pt

cos

P

q

q

m

q

m

q

m

pt

cos

P

q

q

m

q

m

q

m

pt

cos

P

q

 

 

=

+

+

+

=

+

+

+

=

+

+

+

pt

cos

P

EI

09877

,

6

EI

q

m

25926

,

7

EI

q

m

62963

,

15

EI

q

m

09877

,

6

q

pt

cos

P

EI

02469

,

10

EI

q

m

81481

,

7

EI

q

m

40741

,

23

EI

q

m

02469

,

10

q

pt

cos

P

EI

45679

,

7

EI

q

m

57408

,

4

EI

q

m

03704

,

15

EI

q

m

45679

,

7

q

3

2

1

3

3

2

1

2

3

2

1

1

 

( )

( )

( )

pt

sin

A

p

q

pt

sin

A

p

q

pt

cos

A

q

i

2

i

i

i

i

i

=

=

=

 

 

background image

Dynamika – ujęcie klasyczne

                          

 

- 8 - 

Piotr Siniecki grupa III 

 

2004-04-24 

 

=

=

=

038182

,

0

A

75285

,

37

A

43726

,

83

A

55769

,

32

062761

,

0

A

71860

,

41

A

95818

,

123

A

51583

,

53

046684

,

0

A

41828

,

24

A

27377

,

80

A

80735

,

38

3

2

1

3

2

1

3

2

1

 

 

A

1

 = -1,53679 

E

-3 m   

A

2

 = 2,01039 

E

-4 m   

A

1

 = -1,30369 

E

-4 m 

 
 

(

)

(

)

(

)

kN

000

,

1

A

p

m

75

,

0

B

kN

086

,

3

A

p

m

5

,

1

B

kN

725

,

15

A

p

m

B

3

2

1

2

2

2

1

2

1

=

=

=

=

=

=

 

 
 

Ekstremalne wartości sił [kN]: 
 
 

2,00

2,00

3,00

2,00

1,000

3,086

15,725

k

12,000

 

 
 

Obwiednia momentów dynamicznych   [kNm] 

 

 
 

2,00

2,00

3,00

2,00

k

2,782

1,885

0,372

 

 
 
 

 

background image

Dynamika – ujęcie klasyczne

                          

 

- 9 - 

Piotr Siniecki grupa III 

 

2004-04-24 

 
Ponowne sprawdzenie zaprojektowanego przekroju. 

 
M = 1,2 * M

st

 + 5 * M

dyn

 = 1,2 * 7,111 + 5 * 2,782 = 22,4432 kNm = 2244,32 kNcm 

M = 1,2 * M

st

 + 5 * M

dyn

 = 1,2 * 10,222 + 5 * 1,885 = 21,6914 kNm = 2169,14 kNcm 

 
Do obliczeń biorę większy moment. 

 

MPa

215

MPa

82

,

191

cm

kN

5

,

21

117

32

,

2244

cm

kN

5

,

21

W

M

MPa

215

W

M

2

2

 

 

Obliczony wcześniej przekrój przeniesie zadane obciążenia.