Loading [MathJax]/extensions/TeX/newcommand.js

DKiPI_2_2019_s izradom

2297 days ago by mdemsic@grad.hr

Prisilno titranje sustava s jednim stupnjem slobode

Na prikazani okvir djeluje dinamička sila p(t). Treba odrediti funkciju odziva sustava za različite vrijednosti funkcije sile p(t). Rješenja odrediti za homogene početne uvjete. Također odrediti i funkciju odziva za prigušenje 5% za funkcije pobude pod a) i d).


Zadano je:

EI=15103kNm2

L=6m

h=3m

m=3t


P0=20kN

t1=0,6s

t2=1s


Matematički model prislinog neprigušenog titranja:

m¨u(t)+ku(t)=P(t)

 

Matematički model prisilnog prigušenog titranja:

 m¨u(t)+2ζmωn˙u(t)+ku(t)=P(t)

       
       

                                
                            

                                

Dinamičke karakteristike sustava su:

prirodna kružna frekvencija sustava: \omega_n = \sqrt{\frac{k}{m}}

period slobodnog titranja: T_n = \frac{2\pi}{\omega}

       

                                
                            

                                
       

                                
                            

                                

a) Konstantna sila P(t) = P_0

                                   

       
       
       

                                
                            

                                
       

                                
                            

                                

Vrijednost statičkog pomaka u_{st} = \frac{P_0}{k}

       

                                
                            

                                
       

U trenutku t_1 = 0.6 s sila P_0 prestaje djelovati, pa za t>0.6 s imamo slobodno titranje

\ddot{u}(t) + \omega_n^2 u(t) = 0

       

Početne uvjete za slobodno titranje određujemo iz funkcije odziva na konstantnu silu:

u_{t1} = u(t=0.6)

v_{t1} = u'(t=0.6)

       

                                
                            

                                
       

                                
                            

                                
       
       
       

a1) Konstantna sila P(t) = P_0 - prigušen sustav

Matematički model prislinog prigušenog titranja:

\ddot{u}(t) + 2 \zeta \omega_n \dot{u}(t) + \omega_n^2 u(t) = \frac{P(t)}{m}


gdje je \zeta relativno prigušenje sustava (zadano 5%).


 

       

Rješenje jednadžbe za 0 < t < t_1

       
       

                                
                            

                                
       
       
       
Traceback (click to the left of this block for traceback)
...
TypeError: cannot evaluate symbolic expression numerically
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "_sage_input_38.py", line 10, in <module>
    exec compile(u'open("___code___.py","w").write("# -*- coding: utf-8 -*-\\n" + _support_.preparse_worksheet_cell(base64.b64decode("bnVtZXJpY2FsX2FwcHJveChzb2xfMyk="),globals())+"\\n"); execfile(os.path.abspath("___code___.py"))
  File "", line 1, in <module>
    
  File "/tmp/tmpiE9h6l/___code___.py", line 2, in <module>
    exec compile(u'numerical_approx(sol_3)
  File "", line 1, in <module>
    
  File "/opt/SageMath/local/lib/python2.7/site-packages/sage/misc/functional.py", line 1419, in numerical_approx
    return n(prec, algorithm=algorithm)
  File "sage/symbolic/expression.pyx", line 5981, in sage.symbolic.expression.Expression.numerical_approx (build/cythonized/sage/symbolic/expression.cpp:37400)
TypeError: cannot evaluate symbolic expression numerically

Rješenje jednadžbe za t > t_1

       

                                
                            

                                
       
       

                                
                            

                                
       

b) Linearna sila P(t)

                                    

 

Interval 0 < t < t_1

       
       

                                
                            

                                
       

                                
                            

                                
       

                                
                            

                                

Ako sila P_0 djeluje statički, pomak se također linearno povećava proporcionalno sili (nema titranja), u_{st} = \frac{P_0}{k}\frac{t}{t_1}

       

                                
                            

                                
       

U trenutku t_1 = 0.6 s sila P_0 prestaje djelovati, pa za t>0.6 s imamo slobodno titranje

       

                                
                            

                                

Početne uvjete za slobodno titranje određujemo iz prethodno određene funkcije:

u_{t1} = u(t=0.6)

v_{t1} = u'(t=0.6)

       

                                
                            

                                
       

                                
                            

                                
       
       

b) Linearna+konstantna sila P(t)

                                    

Interval 0 < t < t_1 : rješenje je ranije određeno sol_5

Interval t_1 < t < t_2

       

                                
                            

                                
       

                                
                            

                                
       

                                
                            

                                
       
       

c) harmonijska pobuda P(t) = P_0 \sin(\omega t)

Diferencijalna jednadžba:

m \ddot{u}(t) + k u(t) = P_0 \sin (\omega t)

c1) Reznancija \omega = \omega_n

       
       

                                
                            

                                
       

                                
                            

                                
       

c2) Pulsiranje (eng. bating) \omega \approx \omega_n

Zadajemo npr. \omega = 0.95\omega_n

       
       

                                
                            

                                
       

                                
                            

                                
       

c3) Prigušeno titranje

Diferencijalna jednadžba je:

m \ddot{u}(t) + c \dot{u}(t) + k u(t) = P_0 \sin (\omega t)

 

\ddot{u}(t) + 2 \zeta \omega_n \dot{u}(t) + \omega_n^2 u(t) =  \frac{P_0}{m} \sin (\omega t)

Rezonancija \omega = \omega_n