plik


Mechanika Budowli (C16) Piotr Iwicki WykBad nr 13. 13. Dynamika budowli ukBady o jednym dynamicznym stopniu swobody. Pojcie dynamicznego stopnia swobody zale|y od sposobu rozBo|enia masy ukBadu (masa skupiona w jednym lub kilku punktach lub rozBo|ona w sposb cigBy) oraz od sztywno[ci samej konstrukcji (EJ=" lub EA=" dla jednego lub kilku prtw mog ogranicza liczb stopni swobody). rysunek : Mechanika Budowli ujcie komputerowe tom 2...G.Rakowski W niniejszych rozwa|aniach zajmowa si bdziemy drganiami ukBadw o jednym stopniu swobody. http://www.okno.pg.gda.pl wykBad 13/1 piwicki@pg.gda.pl Mechanika Budowli (C16) Piotr Iwicki 13.1. Drgania swobodne bez tBumienia Rozpatrzmy mas m znajdujc si na spr|ynie o sztywno[ci k. W dowolnej chwili na ciaBo dziaBaj nastpujce siBy: P(t)  zewntrzna siBa wymuszajca drgania, my &&- siBa bezwBadno[ci (masa " przyspieszenie), cy -siBa tBumienia proporcjonalna do & prdko[ci ciaBa, ky -siBa powstajca w spr|ynie na skutek jej wydBu|enia (skrcenia) Zmienna y(t) oznacza wychylenie ciaBa z poBo|enia rwnowagi statycznej a y (prdko[), y (przyspieszenie) & && oznaczaj pierwsz i drug pochodn wychylenia wzgldem czasu. Oglne rwnanie rwnowagi ciaBa ma posta: my + cy + ky = P(t) && & je|eli P(t)=0, to mamy do czynienia z drganiami swobodnymi, Je|eli cy = 0 , to drgania ciaBa s bez tBumienia (drgania swobodne). & Rwnanie drgaD swobodnych bez tBumienia jest wic nastpujce: my + ky = 0 && je|eli w powy|szej zale|no[ci wprowadzimy staB  , ktra oznacza czsto[ drgaD wBasnych ukBadu: k  = m to rwnanie ma posta: y + 2 y = 0 && po podstawieniu y = ert , y = r2ert i po rozwizaniu rwnania && charakterystycznego 2 r2 + = 0 http://www.okno.pg.gda.pl wykBad 13/2 piwicki@pg.gda.pl Mechanika Budowli (C16) Piotr Iwicki rozwizanie rwnania r|niczkowe ma posta: y = Asint + Bcost je|eli wprowadzimy nastpujce warunki brzegowe: y(0) = y0 - wychylenie pocztkowe, y(0) = v0 - prdko[ pocztkowa, to staBe A i B mo|emy wyrazi w & v0 funkcji powy|szych warunkw brzegowych: B = y0 , A = .  Po podstawieniu staBych rwnanie ma posta: v0 y = sint + y0 cost  Funkcja powy|sza mo|e by rwnie| zapisana nastpujcym wzorem: y = C sin(t + ) gdzie : v0 2 # # 2 C = A2 + B2 = y0 + ,oznacza amplitud draD, # #  # # B y0 tg = = jest ktem przesunicia fazowego A v0 http://www.okno.pg.gda.pl wykBad 13/3 piwicki@pg.gda.pl Mechanika Budowli (C16) Piotr Iwicki Podstawow charakterystyk drgaD swobodnych jest czsto[ koBowa drgaD  , ktr mo|na wyznacza rwnie| z nastpujcych zale|no[ci: k 1  = ,k = m 11 1 st  = , 11 = m11 mg mg g  = = mst st T oznacza okres drgaD: 2 st T = = 2 m11 = 2  g 2 m  st T = = 2 = 2 m11 = 2  k g w praktyce stosuje si te| wielko[ci: 1 f = [Hz]-czsto[ fizyczna, T n=60/T  czsto[ techniczna http://www.okno.pg.gda.pl wykBad 13/4 piwicki@pg.gda.pl Mechanika Budowli (C16) Piotr Iwicki W praktyce elementy konstrukcyjne wspBpracuj ze sob. PoBczenie elementw konstrukcji, w ktrym we wszystkich cz[ciach s takie same przemieszczenia nazywamy poBczeniem rwnolegBym, a poBczenie w ktrym s takie same siBy poBczeniem szeregowym: RwnolegBy i szeregowy ukBad spr|yn: UkBad rwnolegBy: ukBad szeregowy: y = y1 + y2 y = y1 = y2 P = P1 = P2 P = P1 + P2 P = ky P = ky P1 = k1y P1 = k1y P2 = k2 y P2 = k2 y P / k = P1 / k1 + P2 / k2 ky = k1y1 + k2 y2 P / k = P / k1 + P / k2 ky = k1y + k2 y 1 1 1 = + k = k1 + k2 k k1 k2 http://www.okno.pg.gda.pl wykBad 13/5 piwicki@pg.gda.pl Mechanika Budowli (C16) Piotr Iwicki http://www.okno.pg.gda.pl wykBad 13/6 piwicki@pg.gda.pl Mechanika Budowli (C16) Piotr Iwicki http://www.okno.pg.gda.pl wykBad 13/7 piwicki@pg.gda.pl Mechanika Budowli (C16) Piotr Iwicki http://www.okno.pg.gda.pl wykBad 13/8 piwicki@pg.gda.pl Mechanika Budowli (C16) Piotr Iwicki 13.2. Drgania swobodne tBumione Rwnanie rwnowagi ciaBa o masie m ma posta: my + cy + ky = P(t) && & przy zaBo|eniu |e nie dziaBa siBa zewntrzna P(t): c k y + y + y = 0 && & m m oznaczanc: k 2  = m c 2 = m otrzymamy rwnanie: 2 y + 2y + y = 0 && & je|eli zaBo|ymy: y = ert , y = rert , y = r2ert & && 2 r2ert + 2rert + ert = 0 to otrzymamy rwnanie charakterystyczne: 2 r2 + 2r + = 0 2 2 Rozwizanie tego rwnania zale|y od: " = 4( - ) Rozpatrujemy trzy przypadki: 1. " < 0, >  2 2 - b " - 2 2  - 2 2 r12 = = = -  - 2a 2 2 2 2 2 r1 = - +  - ,r2 = - -  - r1 = - + i1,r2 = - - i1 2 oznaczamy: 1 = 2 - gdy  >  rwnanie opisujce wychylenie ciaBa przyjmuje posta: y(t) = e-t (Asin1t + Bcos1t) http://www.okno.pg.gda.pl wykBad 13/9 piwicki@pg.gda.pl Mechanika Budowli (C16) Piotr Iwicki wykres y(t) od czasu y(t) = e-tC sin(1t + ) v0 2 # # 2 gdzie : C = A2 + B2 = y0 + ,oznacza amplitud draD, # #  # # B y0 tg = = jest ktem przesunicia fazowego A v0 okres drgaD zanikajcych: 2 2 T = = 2 2 1  - czstotliwo[ drgaD: 2 2 1  - -1 f = T = = 2 2 obliczamy stosunek amplitud przesunitych o okres T1 y(t) = e-tC sin(1t + ) 1 = eT = const y(t) = e- (t+T )C sin(1t +1T + ) na podstawie powy|szej zale|no[ci mo|emy zdefiniowa logarytmiczny dekrement tBumienia: yn   = ln = T1 ! = yn+1 T1 http://www.okno.pg.gda.pl wykBad 13/10 piwicki@pg.gda.pl Mechanika Budowli (C16) Piotr Iwicki wielko[ logarytmicznego dekrementu tBumienia oraz okres drgaD T1 mog by wyznaczone do[wiadczalnie. Na ich podstawie mo|emy wyznaczy staB tBumienia:  2m1 1 c = 2m = 2 m = = m1 T1 2T1  wnioski: " wspBczynnik c tBumienia lepkiego zale|y od czsto[ci drgaD 1 wBasnych c = m1  2 " siBy tBumienia zmniejszaj czsto[ koBow drgaD 1 = 2 - " czsto[ drgaD nie zale|y od amplitudy " drgania tBumione maj charakter zanikajcy 2. " > 0, >  2 2 2 2 r1 = - +  - ,r2 = - -  - 2 2 =  -2 gdy  >  r1 = - +2 < 0,r2 = - -2 < 0 rwnanie drgaD: y(t) = Ce(- +2 )t + De(- -2 )t 3. " = 0, =  5 4 3 2 1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 wykres y(t) od czasu r1 = -,r2 = - rwnanie drgaD : y(t) = e-t (A + Bt) http://www.okno.pg.gda.pl wykBad 13/11 piwicki@pg.gda.pl Mechanika Budowli (C16) Piotr Iwicki Przypadek 2 i 3 tzn. gdy e"  nie odpowiada ruchowi drgajcemu ukBadu. W praktyce nale|y je stosowa gdy chcemy unikn drgaD. Krytyczna warto[ staBej c (ckr) dla  =  dana jest wzorem: ckr = 2m Wprowadzamy bezwymiarowy parametr tBumienia  c c   = = = std  = ckr 2m  parametr  mo|e charakteryzowa tBumienia i nazywany jest liczb tBumienia. Podsumowanie: 2 2 Dla <1,  >  ,1 =  - =  1-2 y(t) = e-t (Asin1t + Bcos1t) = e-t (Asin1t + B cos1t) Dla =1,  =  , y(t) = e-t (A + Bt) 2 2 Dla >1,  <  ,2 = - + y(t) = e-t (Asinh2t + Bcos2t) http://www.okno.pg.gda.pl wykBad 13/12 piwicki@pg.gda.pl Mechanika Budowli (C16) Piotr Iwicki WykBad nr 14. cig dalszy wykBadu nr 13 13.3. Drgania wymuszone bez tBumienia Rozpatrzmy ukBad bez tBumienia, na ktry dziaBa siBa wymuszajca P opisana rwnaniem: P(t) = P0 sinPt R|niczkowe rwnanie rwnowagi ma posta: my + ky = P(t) && rozwizanie tego rwnania ma posta: y = y0 + ys gdzie y0 jest caBk ogln rwnania jednorodnego, y0 = Asint + Bcost ys jest caBk szczegln rwnania niejednorodnego. Poniewa| w rzeczywistych konstrukcjach wystpuje tBumienia wic y0 zanika w czasie. W dalszym cigu zajmiemy si wic caBk szczegln rwnania niejednorodnego: y = A sin  t 0 P y = A0P cosPt & y = -A0P 2 sinPt && Podstawiajc pochodne wzgldem czasu do rwnania rwnowagi otrzymamy: - mA0P 2 sinPt + kA0 sinPt = P0 sinPt po podzieleniu obustronnie przez sinPt otrzymamy: - mA0P 2 + kA0 = P0 skd mo|emy wyznaczy P0 P0 P0 A0 = = = 2 2 # # k - mP 2 m - mP 2 2 #1- #P # # m # # # #  # # # # http://www.okno.pg.gda.pl wykBad 13/13 piwicki@pg.gda.pl Mechanika Budowli (C16) Piotr Iwicki P0 A0 = # P 2 # # # # k#1- # # # #  # # # # wiadomo rwnie|, |e: P0 ky = P(t), P0 = k st a wic: # P 2 # # # P0 P0 # A0k#1- = P0 = k , = 11P0 # # st st # #  # # # # 1 P0 P0 A0 =  =   st st 2 # # #1- #P # # # # # #  # # # # gdzie  jest wspBczynnikiem wyboczeniowym: 1  = P 2 # # 1- # #  # # http://www.okno.pg.gda.pl wykBad 13/14 piwicki@pg.gda.pl Mechanika Budowli (C16) Piotr Iwicki 4 3 2 1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 -1 -2 -3 -4 wykres wspBczynnika wyboczeniowego w zale|no[ci od wzgldnej czsto[ci wymuszenia 13.4. Drgania tBumione, wymuszone, harmoniczne Rwnanie r|niczkowe ruchu ciaBa ma posta: my + cy + ky = P(t) = P0 sinPt && & przy zaBo|eniu |e nie dziaBa siBa zewntrzna P(t): c k y + y + y = 0 && & m m oznaczajc: k 2  = m c 2 = m otrzymamy rwnanie: P0 2 y + 2y +  y = sinPt && & m http://www.okno.pg.gda.pl wykBad 13/15 piwicki@pg.gda.pl Mechanika Budowli (C16) Piotr Iwicki Rozpatrujemy tylko przypadek " < 0, >  dla ktrego rwnanie ruchu ciaBa drgajcego ma posta sumy caBki oglnej rwnania jednorodnego i caBki szczeglnej rwnania niejednorodnego: y = y0 + ys CaBka oglna: y0(t) = e-t (Asin1t + Bcos1t) opisuje rwnanie drgaD wBasnych zale|ne od warunkw pocztkowych i zanikajce w czasie w przypadku ukBadw z tBumieniem, caBka szczeglna yS -rwnanie drgania stacjonarne wymuszonych siB P(t) = P0 sinPt przewidujemy w nastpujcej postaci: ys (t) = C sin  t + D cos  t P P y = CP cosPt - DP sinPt & y = -CP2 sinPt - DP 2 cosPt && podstawiajc powy|sze zale|no[ci do rwnania ruchu otrzymamy: - CP2 sinPt - DP2 cosPt + 2(CP cosPt - DP sinPt) + P0 2(C sinPt + DcosPt) = sinPt m P0 2 - 2DP + C( - P2) = m + 2CP + D(2 - P2) = 0 std + 2CP + D(2 - P2) = 0 y = R sin(Pt + ) -przesunicie fazowe drgaD stacjonarnych ukBadu wzgldem drgaD siBy wymuszajcej. R- amplituda drgaD wymuszonych http://www.okno.pg.gda.pl wykBad 13/16 piwicki@pg.gda.pl Mechanika Budowli (C16) Piotr Iwicki P0 P0 st P0 m R = = = st  2 2 2 2 ( -P ) + 4 P # #P #2 #2 P 2 2 + 4 # # #1- # 4   # # # # w powy|szym wzorze  oznacza wspBczynnik dynamicznym: 1  = 2 2 # P # P 2 # # 2 + 4 # # #1- # 4   # # # # podstawiajc:  c  = = ,c = 2m kr  c kr wspBczynnik dynamiczny mo|e by wyra|ony nastpujcym wzorem: 1  = 2 2 2 # #   # # # # 2 P P + 4 # # #1 - # # #   # # # # # # gdy =  wystpuje zjawisko zwane rezonansem dla ktrego: P 1  = r 2 5 4.5 wspBczynnik dynamiczny 4 0.1 3.5 0.25 0.5 3 0.8 2.5 1 2 0.001 1.5 1 0.5 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 warto[ci wspBczynnika dynamicznego w zale|no[ci od czsto[ci siBy wymuszajcej wzgldem czsto[ci drgaD wBasnych dla r|nych liczb tBumienia http://www.okno.pg.gda.pl wykBad 13/17 piwicki@pg.gda.pl Mechanika Budowli (C16) Piotr Iwicki liczba wspBczynnik tBumienia dynamiczny 0.001 500 0.1 5 0.25 2 0.5 1 0.8 0.625 10.5 P warto[ci wspBczynnika dynamicznego dla = 1, dla r|nych liczb tBumienia  1 (r = ) 2 Obliczanie siB wewntrznych w konstrukcjach modelowanych jako ukBady dynamiczne o jednym stopniu swobody. ky = P(t) - my - cy && & Z = P(t) - my - cy && & Z jest zastpcz siB statyczn. Je|eli z rozwizania rwnania r|niczkowego opisujcego drgania ukBadu wyznaczymy y to mo|emy wyznaczy rwnie| siB Z: Z = ky(t) SiBy wewntrzne w konstrukcji mo|emy wyznaczy jako sum obci|eD statycznych i dynamicznych M = M + Mdyn st http://www.okno.pg.gda.pl wykBad 13/18 piwicki@pg.gda.pl WykBad mechanika budowli C16, dynamika przykBady P.Iwicki WykBad mechanika budowli C16, dynamika przykBady P.Iwicki WykBad mechanika budowli C16, dynamika przykBady P.Iwicki WykBad mechanika budowli C16, dynamika przykBady P.Iwicki WykBad mechanika budowli C16, dynamika przykBady P.Iwicki WykBad mechanika budowli C16, dynamika przykBady P.Iwicki

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Dynamika plynow 13 14
Doktryny polityczne 13 14
wykład 13 i 14 stacjonarne
ENT 13 14
Wyniki Mazszyny Robocze 13 14 (studia dzienne zaoczne) DODANE PUNKTY Z PRAC DOMOWYCH
Mechanika I 13 14 L gr 1 8a
zasady rekrutacji 13 14
Zasady Zaliczania Kursu ALG MAP9816 zao 13 14 zima 3z?
lab zima 13 14
Mechanika techniczna Inzynieria Srodowiska S 13 14
13 (14)

więcej podobnych podstron