background image

Dynamika Budowli

Katedra Mechaniki Budowli i Mostów, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Politechnika Gdańska
B u d o w n i c t w o ,   s e m e s t r   5 ,   r o k   a k a d e m i c k i   2 0 1 3 / 1 4

Magdalena Rucka

Krzysztof Wilde

Drgania wymuszone harmonicznie 

układów o jednym stopniu swobody

materiały do wykładu nr 3

background image

Dynamika Budowli

Katedra Mechaniki Budowli i Mostów, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Politechnika Gdańska
B u d o w n i c t w o ,   s e m e s t r   5 ,   r o k   a k a d e m i c k i   2 0 1 1 / 1 2

Magdalena Rucka

Krzysztof Wilde

2

Drgania wymuszone układów o jednym stopniu swobody

m

– masa [kg]

c

– tłumienie [kg/s]

k

– sztywność [N/m]

• swobodne
• wymuszone

( )

( )

i

f t

mu t

 

( )

( )

d

f

t

cu t

 

( )

( )

s

f t

ku t

( )

( )

( )

( )

i

d

s

f t

f

t

f t

p t

Z uwagi na siłę wymuszającą drgania dzielimy na:

Podział drgań z uwagi na siłę wymuszającą

( )

( )

( )

( )

mu t

cu t

ku t

p t



background image

Dynamika Budowli

Katedra Mechaniki Budowli i Mostów, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Politechnika Gdańska
B u d o w n i c t w o ,   s e m e s t r   5 ,   r o k   a k a d e m i c k i   2 0 1 1 / 1 2

Magdalena Rucka

Krzysztof Wilde

3

Drgania wymuszone harmonicznie (nietłumione)

0

0

(0)

(0)

u

u

u

u

 

( )

cos

sin

c

n

n

u t

A

t

B

t

Drgania wymuszone układów o jednym stopniu swobody

( )

sin

o

p t

p

t

sin

o

mu

ku

p

t



( )

( )

( )

c

p

u t

u t

u

t

( )

sin

cos

p

u t

D

t

E

t

( )

cos

sin

p

u t

D

t

E

t

2

2

( )

sin

cos

p

u

t

D

t

E

t

 



2

sin

o

n

p

u

u

t

m



background image

Dynamika Budowli

Katedra Mechaniki Budowli i Mostów, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Politechnika Gdańska
B u d o w n i c t w o ,   s e m e s t r   5 ,   r o k   a k a d e m i c k i   2 0 1 1 / 1 2

Magdalena Rucka

Krzysztof Wilde

4

Drgania wymuszone układów o jednym stopniu swobody

2

2

2

2

sin

cos

sin

cos

sin

o

n

n

p

D

t

E

t

D

t

E

t

t

m

 

 

2

2

2

2

cos

sin

sin

o

n

n

p

E

E

t

D

D

t

t

m

2

2

2

2

2

2

0  

  

0

1

  

  

n

o

o

n

n

E

E

E

p

p

D

D

D

m

m

2

2

1

1

/

o

n

n

p

D

m

 

( )

cos

sin

sin

n

n

u t

A

t

B

t

D

t

0

(0)

u

A

A

u

  

0

2

/

1

/

o

n

n

n

u

p

B

k

 

 

2

1

1

/

o

n

p

D

k

 

( )

sin

cos

cos

n

n

n

n

u t

A

t

B

t

D

t

 

background image

Dynamika Budowli

Katedra Mechaniki Budowli i Mostów, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Politechnika Gdańska
B u d o w n i c t w o ,   s e m e s t r   5 ,   r o k   a k a d e m i c k i   2 0 1 1 / 1 2

Magdalena Rucka

Krzysztof Wilde

5

Drgania wymuszone układów o jednym stopniu swobody

0

0

2

2

/

1

( )

cos

sin

sin

1 ( /

)

1 ( /

)

o

n

o

n

n

n

n

n

u

p

p

u t

u

t

t

t

k

k

 

 

 

u0=  0.01  ;      % przemieszczenie początkowe  [m]
v0=  0.02  ;      % prędkość początkowa         [m/s]
wn=  10    ;      % częstość kołowa drgań       [rad/s]
w =  1.5   ;      % częstość wymuszenia         [rad/s]
po=  1     ;      % amplituda siły wymuszającej [N] 
k =  80    ;      % sztywność                   [N/m]

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

t [s]

u

c

 [m

]

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

t [s]

u

p

 [m

]

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

t [s]

u(t

) [

m

]

 

 

odpowiedź calkowita u(t)
drgania ustalone u

p

(t)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

t [s]

u(

t)

 [

m

]

background image

Dynamika Budowli

Katedra Mechaniki Budowli i Mostów, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Politechnika Gdańska
B u d o w n i c t w o ,   s e m e s t r   5 ,   r o k   a k a d e m i c k i   2 0 1 1 / 1 2

Magdalena Rucka

Krzysztof Wilde

6

Drgania wymuszone układów o jednym stopniu swobody

2

1

( )

sin

1 ( /

)

o

n

p

u t

t

k

 

o

(

)

o

st

p

u

k

2

1

( )

(

)

sin

sin

1 ( /

)

st o

o

n

u t

u

t

u

t

 

( )

sin(

)

(

)

sin(

)

o

st o

d

u t

u

t

u

R

t

 

 

2

1

1 ( /

)

d

n

R

 

Rezonans

background image

Dynamika Budowli

Katedra Mechaniki Budowli i Mostów, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Politechnika Gdańska
B u d o w n i c t w o ,   s e m e s t r   5 ,   r o k   a k a d e m i c k i   2 0 1 1 / 1 2

Magdalena Rucka

Krzysztof Wilde

7

Drgania wymuszone układów o jednym stopniu swobody

2

1

1 ( /

)

d

n

R

 

Współczynnik dynamiczny

0        

180    

o

n

o

n

 

 

 



background image

Dynamika Budowli

Katedra Mechaniki Budowli i Mostów, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Politechnika Gdańska
B u d o w n i c t w o ,   s e m e s t r   5 ,   r o k   a k a d e m i c k i   2 0 1 1 / 1 2

Magdalena Rucka

Krzysztof Wilde

8

Drgania wymuszone układów o jednym stopniu swobody

( )

cos

p

n

u t

Dt

t

2

2

sin

sin

cos

cos

sin

o

n

n

n

n

n

n

n

n

n

p

D

t

D

t

D

t

t

D

t

t

t

m

2

o

n

p

D

k

 

( )

cos

sin

cos

n

n

n

u t

A

t

B

t

Dt

t

( )

sin

cos

cos

sin

n

n

n

n

n

n

n

u t

A

t

B

t

D

t

Dt

t

 

0

A

2

o

n

p

D

B

k

 

Przemieszczenia układu w rezonansie

( )

sin

cos

2

o

n

n

n

p

u t

t

t

t

k

n

 

background image

Dynamika Budowli

Katedra Mechaniki Budowli i Mostów, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Politechnika Gdańska
B u d o w n i c t w o ,   s e m e s t r   5 ,   r o k   a k a d e m i c k i   2 0 1 1 / 1 2

Magdalena Rucka

Krzysztof Wilde

9

Drgania wymuszone harmonicznie (tłumione)

0

0

(0)

(0)

u

u

u

u

 

Drgania wymuszone układów o jednym stopniu swobody

( )

sin

o

p t

p

t

sin

o

mu

cu

ku

p

t



( )

( )

( )

c

p

u t

u t

u

t

( )

cos

sin

n

t

c

d

d

u t

e

A

t

B

t



( )

sin

cos

p

u

t

D

t

E

t

( )

cos

sin

sin

cos

n

t

d

d

u t

e

A

t

B

t

D

t

E

t



2

0

2

2

2

1 ( /

)

1 ( /

)

2 ( /

)

n

n

n

p

D

k

 

 

  

0

2

2

2

2 ( /

)

1 ( /

)

2 ( /

)

n

n

n

p

E

k

  

 

  

2

2

2

2 ( /

)

1 ( /

)

2 ( /

)

o

n

o

n

n

p

A

u

k

  

 

  

2

0

0

2

2

2

2

2

2

1 ( /

)

2 ( /

)

1 ( /

)

2 ( /

)

1 ( /

)

2 ( /

)

 

  

 

  

 

  

o

n

n

o

n

d

d

d

n

n

n

n

u

p

p

B

u

k

k

background image

Dynamika Budowli

Katedra Mechaniki Budowli i Mostów, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Politechnika Gdańska
B u d o w n i c t w o ,   s e m e s t r   5 ,   r o k   a k a d e m i c k i   2 0 1 1 / 1 2

Magdalena Rucka

Krzysztof Wilde

10

Drgania wymuszone układów o jednym stopniu swobody

( )

cos

sin

sin

cos

n

t

d

d

u t

e

A

t

B

t

D

t

E

t



u0=  0.01 % przemieszczenie początkowe [m]  
v0=  0.02 % prędkość początkowa        [m/s]  
wn=  10   % częstość kołowa drgań      [rad/s]
w =  1.5  % częstość wymuszenia        [rad/s]
po=  1    % amplituda siły wymuszającej[N]
ksi= 0.05 % współczynnik tłumienia     [-]
k =   80  % sztywność                  [N/m]  

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-0.02

-0.01

0

0.01

0.02

t [s]

u

c

 [m

]

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-0.02

-0.01

0

0.01

0.02

t [s]

u

p

 [m

]

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-0.02

-0.01

0

0.01

0.02

t [s]

u(

t)

 [m

]

 

 

odpowiedź calkowita u(t)
drgania ustalone u

p

(t)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-0.02

-0.01

0

0.01

0.02

t [s]

u(

t)

 [m

]

background image

Dynamika Budowli

Katedra Mechaniki Budowli i Mostów, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Politechnika Gdańska
B u d o w n i c t w o ,   s e m e s t r   5 ,   r o k   a k a d e m i c k i   2 0 1 1 / 1 2

Magdalena Rucka

Krzysztof Wilde

11

Drgania wymuszone układów o jednym stopniu swobody

Rezonans

 

( )

sin

sin

o

st

d

o

u t

u

t

u

R

t

 

 

2

2

o

u

D

E

tg

E

D

2

2

2

1

1 ( /

)

2 ( /

)

d

n

n

R

 

  

n

background image

Dynamika Budowli

Katedra Mechaniki Budowli i Mostów, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Politechnika Gdańska
B u d o w n i c t w o ,   s e m e s t r   5 ,   r o k   a k a d e m i c k i   2 0 1 1 / 1 2

Magdalena Rucka

Krzysztof Wilde

12

Drgania wymuszone układów o jednym stopniu swobody

Rezonans

1

2

2 (

/

)

tg

1 (

/

)

n

n

  

 

n

 

background image

Dynamika Budowli

Katedra Mechaniki Budowli i Mostów, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Politechnika Gdańska
B u d o w n i c t w o ,   s e m e s t r   5 ,   r o k   a k a d e m i c k i   2 0 1 1 / 1 2

Magdalena Rucka

Krzysztof Wilde

13

Drgania wymuszone układów o jednym stopniu swobody

Przemieszczenia układu w rezonansie

n

 

2

0,

,

,

2

2

2

1

o

o

o

p

p

p

D

E

A

B

k

k

k

 

2

1

( )

cos

sin

cos

2

1

n

t

o

d

d

n

p

u t

e

t

t

t

k



(

)

2

st o

o

u

u