background image

Dynamika Budowli 

– laboratorium 

Ćwiczenie 4 

Magdalena Rucka 

 

 

 

 

Politechnika Gdańska,  Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska,  Katedra Wytrzymałości Materiałów 

1

 

A. Obliczyć  przemieszczenie  u(t),  prędkość  v(t)  i  przyspieszenie  a(t)  układu  o  jednym 
stopniu  swobody  obciążonego  siłą  p(t).  Do  całkowania  równania  ruchu  w  środowisku 
MATLAB zastosować metodę różnic centralnych (funkcja mrc). Obliczyć krytyczny krok 
całkowania. Dobrać krok całkowania. 
Dane: E



 L, b, h, 

, u

0

, v

0, 

p

o, 

t

d

 

       

 

 

 

background image

Dynamika Budowli 

– laboratorium 

Ćwiczenie 4 

Magdalena Rucka 

 

 

 

 

Politechnika Gdańska,  Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska,  Katedra Wytrzymałości Materiałów 

2

 

Rozwiązanie
a) Otworzyć nowy plik m-file, zadeklarować wszystkie dane materiałowe i geometryczne. 

b=10/100;       

% szerokosc [m]

 

h=20/100;       

% wysokosc [m]

 

L=5;            

% dlugosc [m]

 

E=200e+9;       

% modul sprezystosci [Pa]

 

ro=7850;        

% gestosc [kg/m3]

 

u0=  0 ;        

% przemieszczenie poczatkowe [m]

 

v0=  0;         

% predkosc poczatkowa        [m/s]

 

ksi=0.03;       

% liczba tłumienia 

td=0.01         

% czas trwania impulsu [s]

 

po=2000;        

% amplituda impulsu [N]

 

 

b) Obliczyć moment bezwładności przekroju 

x

c) Obliczyć sztywność k układu wymodelowanego za pomocą jednego stopnia swobody. 

d) Obliczyć masę poprzez skupienie masy z ½ długości belki. 

e) Obliczyć częstość kołową drgań własnych 

n

k

m

f)  Obliczyć tłumienie 

kr

c

c

,  

2

kr

n

c

m

 

background image

Dynamika Budowli 

– laboratorium 

Ćwiczenie 4 

Magdalena Rucka 

 

 

 

 

Politechnika Gdańska,  Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska,  Katedra Wytrzymałości Materiałów 

3

 

g) Dobrać  krok  całkowania  dt  z  warunku  stabilności  metody  różnic  centralnych 

2

kr

n

dt

dt

dt_mrc=2/(wn) 

Dla powyższych danych 

dt_mrc = 0.0175

. Przyjęto krok czasowy jako: 

dt=0.001

 

h) Utworzyć wektor czasu 

t=[0:dt:tk] 
Czas  końcowy  tk  dobrać  tak,  by  zaobserwować  przejście  układu  do  spoczynku 
(ewentualnie skorygować go po przeprowadzeniu pierwszej próby całkowania). 
Aby określić długość wektora czasu t użyć funkcji length 
nt = length(t) 

i)  Utworzyć  wektor  obciążenia  p(t)  na  podstawie  zadanego  wykresu.  Uwaga:  wektor 

obciążenia musi mieć taką samą długość jak wektor czasu. 

j)  Wykonać numeryczne całkowanie równania ruchu.  
Do całkowania w programie MATLAB zastosować funkcję  mrc. Funkcja mrc wykonuje 
całkowanie równania ruchu metodą różnic centralnych. W wyniku całkowania otrzymuje 
się wektor przemieszczenia, prędkości i przyspieszenia. 
Uwaga:  funkcję  mrc  ściągnąć  na  dysk  i  umieścić  w  katalogu  bieżącym.  W  niniejszym 
przykładzie liczba stopni swobody wynosi n = 1. 

background image

Dynamika Budowli 

– laboratorium 

Ćwiczenie 4 

Magdalena Rucka 

 

 

 

 

Politechnika Gdańska,  Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska,  Katedra Wytrzymałości Materiałów 

4

 

 [u,v,a]=mrc(m,c,k,p,t,u0,v0); 
 

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
% funkcja calkowania rownan ruchu metoda roznic centralnych 
% [u,v,a]=mrc(M,C,K,P,t,u0,v0) 
%---------------------------------------------------------

 

%    WEJSCIE:                          

 

%         M  - macierz mas                       (n x n)

 

%         C  - macierz tlumienia                 (n x n)

 

%         K  - macierz sztywnosci                (n x n) 

 

%         P  - wektor obciazen zewnetrznych      (n x nt)

 

%         t  - wektor czasu                      (1 x nt)

 

%        u0  - wektor przemieszczen poczatkowych (1 x n)

 

%        v0  - wektor predkosci poczatkowych     (1 x n)

 

%----------------------------------------------------------

 

%    WYJSCIE:

 

%         u  - wektor przemieszczen              (n x nt)

 

%         v  - wektor predkosci                  (n x nt)

 

%         a  - wektor przyspieszen               (n x nt)

 

%----------------------------------------------------------

 

 
 
 

background image

Dynamika Budowli 

– laboratorium 

Ćwiczenie 4 

Magdalena Rucka 

 

 

 

 

Politechnika Gdańska,  Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska,  Katedra Wytrzymałości Materiałów 

5

 

k) Wykreślić  przebieg  przemieszczenia,  prędkości  i  przyspieszenia  w  czasie,  opisać  osie 

wykresów 

figure(1); 
subplot(311); plot(t,u); xlabel(

't'

);ylabel(

'u [m]'

subplot(312); plot(t,v); xlabel(

't'

);ylabel(

'v [m/s]'

subplot(313); plot(t,a); xlabel(

't'

);ylabel(

'a [m/s^2]'

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

-2

0

2

x 10

-4

t [s]

u

 [

m

]

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

-0.02

0

0.02

t

v

 [

m

/s

]

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

-5

0

5

t [s]

a

 [

m

/s

2

]

 

background image

Dynamika Budowli 

– laboratorium 

Ćwiczenie 4 

Magdalena Rucka 

 

 

 

 

Politechnika Gdańska,  Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska,  Katedra Wytrzymałości Materiałów 

6

 

B. Obliczyć  przemieszczenie  u(t)  stosując  przybliżone  rozwiązanie  dla  „impulsu 
krótkiego”. 
Rozwiązanie

a) Obliczyć wartość impulsu: 

J=0.5*td*po;

 

b) Sprawdzić, czy impuls spełnia warunek krótkiego impulsu 

/

0.5

d

n

t

T

 

c) Obliczyć przemieszczenie układu 

1

( )

sin(

)

n

t

d

d

u t

J

t e

m



 

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

-2

-1

0

1

2

x 10

-4

t [s]

u

 [

m

]

 

 

metoda różnic centralnych
rozwiązanie przybliżone dla impulsu "krótkiego"

 

background image

Dynamika Budowli 

– laboratorium 

Ćwiczenie 4 

Magdalena Rucka 

 

 

 

 

Politechnika Gdańska,  Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska,  Katedra Wytrzymałości Materiałów 

7

 

Zadanie do samodzielnego rozwiązania: 

      

 

 
Wykonać obliczenia dla różnych wartości t

d

: 

t

d 

= 0.001 s;    t

d 

= 0.01 s;    t

d 

= 0.05 s;    t

d 

= 0.1 s. 

 
Porównać wyniki u(t) dla różnych szerokości impulsu. 
 
Porównać  wyniki  u(t)  dla  rozwiązania  metodą  różnic  centralnych  oraz  przybliżonego 
rozwiązania dla „impulsu krótkiego”.