background image

Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych z Drgań Mechanicznych

ĆWICZENIE NR ...

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA TŁUMIENIA UKŁADU 

DRGAJĄCEGO O JEDNYM STOPNIU SWOBODY

1. Cel ćwiczenia

Celem   ćwiczenia   jest   zapoznanie   się   ze   zjawiskiem   drgań   tłumionych   układów 
liniowych   o   jednym   stopniu  swobody.   Przedmiotem   ćwiczenia   jest   badanie   drgań 
swobodnych,   badanie   wpływu   tłumienia   na   ich   przebieg   oraz   wyznaczenie 
zastępczego współczynnika tłumienia.

2. Opis stanowiska

Na rysunku 1 przedstawiono schemat układu drgającego o jednym stopniu swobody, 
którego głównymi elementami są:

Stalowa belka (rozpatrywana jako element o pomijalnie małych odkształceniach), 
o prostokątnym przekroju poprzecznym (bxh

b

);

Sprężyny o współczynnikach sztywności k

1

 i k

2

;

Tłumik olejowy;

Dodatkowy obciążnik którego masa m

t

 jest równa masie tłoka tłumika;

Czujniki drgań: Cd1 i Cd2;

System pomiarowy Spider;

Komputer z oprogramowaniem Catman.

Laboratorium Drgań Mechanicznych

Bielsko-Biała 2010

background image

2

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA TŁUMIENIA UKŁADU DRGAJĄCEGO...

Rys.1. Stanowisko do badania drgań swobodnych i wymuszonych układów o jednym stopniu swobody

3. Zależności obliczeniowe

Równanie   różniczkowe   ruchu   opisujące   drgania   swobodne   tłumione 
nieodkształcalnej belki ma postać (1):

0

=

+

h

2

+

2

ϕ

α

ϕ

ϕ

       (1)

gdzie:

3

2

3

2

4

5

2

4

5

4

5

2

2

2

2

1

1

2

/

7850

;

4

)

(

12

)

(

);

(

;

;

2

m

kg

l

m

l

l

m

l

l

m

B

l

l

bh

m

B

l

k

l

k

B

c

h

t

b

=

+

+

+

+

=

+

=

+

=

=

ρ

ρ

α

ϕ

Rozwiązanie równania (1) można zapisać pod postacią zależności (2):

)

+

t

sin(

De

=

)

t

(

ht

δ

λ

ϕ

 (2)

Laboratorium Drgań Mechanicznych

background image

3

Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych z Drgań Mechanicznych

gdzie:

2

2

h

-

α

=

λ

 - częstość drgań własnych tłumionych.

Logarytmiczny dekrement tłumienia określony jest zależnością (3):

hT

=

)

T

+

t

(

Φ

)

t

(

Φ

ln

=

Δ

(3)

Wartość 

)

t

(

ϕ

)

T

+

t

(

ϕ

 i T należy określić na podstawie przebiegu czasowego drgań 

zarejestrowanego   doświadczalnie   (zgodnie   z   rysunkiem   2).   W   celu   zwiększenia 
dokładności odczytu okresu T, zaleca się jego wyznaczenie na podstawie pomiaru 
czasu trwania kilku kolejnych okresów.
Do   rejestracji   przebiegu   drgań   zostanie   użyty   system   pomiarowy   Spider   z 
oprogramowaniem Catman.

Rys. 2. Przebieg drgań swobodnych tłumionych

Korzystając   z   wielkości   wyznaczonych   na   podstawie   zarejestrowanego   przebiegu 
można na podstawie (3) określić wartość logarytmicznego dekrementu tłumienia Δ 
oraz intensywność tłumienia  h. Uwzględniając definicje dołączone do równania (1) 
oraz   dane  z   pomiarów   stanowiska,   otrzymuje   się   wartość   zastępczego 
współczynnika tłumienia układu c

φ

.

4. Przebieg ćwiczenia

Zanotować sztywności sprężyn: k

1

 i k

2

;

Dokonać pomiaru i zapisać wartości wymiarów przekroju poprzecznego belki: b, 
h

b

;

Zmierzyć i zanotować wymiary długościowe: l

1

, l

2

, l

3

, l

4

, l

5

;

Laboratorium Drgań Mechanicznych

background image

4

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA TŁUMIENIA UKŁADU DRGAJĄCEGO...

Zanotować masę dodatkowego obciążnika: m

t

;

Obliczyć masę belki m oraz jej masowy moment bezwładności B;

Obliczyć częstość drgań własnych 

α

;

Przykręcić dodatkowy obciążnik do belki w miejscu pokazanym na rys. 1;

Uruchomić   rejestrację     przebiegu   drgań   układu   poprzez   naciśnięcie   przycisku 
funkcyjnego F5;

Wprawić belkę w ruch drgający poprzez przesunięcie jej swobodnego końca w dół 
o około 2 cm i zwolnienie uchwytu;

Zatrzymać  rejestrację  przebiegu  drgań  (ponownie  nacisnąć  F5),  gdy obraz na 
ekranie monitora będzie wyglądał podobnie do przedstawionego na rys. 2;

Wydrukować zarejestrowany przebieg drgań;

Powtórzyć   dwukrotnie   rejestrację   przebiegu   drgań   belki   z   przykręconą   masą 
dodatkową;

Odkręcić masę dodatkową, a na jej miejsce zamontować tłumik drgań;

Wykonać trzykrotnie pomiary drgań układu z tłumikiem i wydrukować otrzymane 
przebiegi analogicznie jak dla układu z dodatkową masą;

Opisać   wydrukowane   przebiegi   drgań   w   sposób   przedstawiony   na   rys.   2 
korzystając z wartości w których wyskalowano poszczególne osie;

 Dla każdego z zarejestrowanych przebiegów wykonać obliczenia:

o logarytmicznego dekrementu tłumienia Δ;

o intensywności tłumienia h;

o częstości drgań własnych tłumionych 

λ

;

o zastępczego współczynnika tłumienia układu c

φ

;

5. Zawartość sprawozdania

Cel ćwiczenia;

Przebieg ćwiczenia (w punktach);

Schemat stanowiska laboratoryjnego (z opisem);

Dane wejściowe do przeprowadzanego ćwiczenia;

Zestawienie wyników pomiarów;

Pełny przebieg obliczeń z podaniem wzorów oraz podstawień do wzorów;

Zestawienie wyników obliczeń;

Sporządzony w trakcie ćwiczeń protokół;

Wnioski, spostrzeżenia i uwagi.

Laboratorium Drgań Mechanicznych


Document Outline