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=15⋅103kNm2
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
|
|
|
![]() |
|