background image

 

 

 
 

POLITECHNIKA WARSZAWSKA 

Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych 

 
 

Modelowanie komputerowe w praktyce 

inżynierskiej 

 
 

„Symulacja drgań układu o trzech stopniach 

swobody” 

 
 
 
 
 

 

Wykonał: Karol Sapieha 

Nr albumu: 229145 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

Styczeń 2014r. 

background image

1. Schemat układu 

 
Układ składa się z trzech mas, pięciu sprężyn i jednego tłumika w 

konfiguracji zaprezentowanej na poniższym rysunku: 

 

 

 

2. Macierze sztywności, mas i tłumienia 

 
Macierz sztywności K: 

 

ࡷ ൌ ൦

൅ ࢑

൅ ࢑

െ࢑

െ࢑

െ࢑

െ࢑

൅ ࢑

െ࢑

െ࢑

െ࢑

൅ ࢑

൅ ࢑

െ࢑

െ࢑

െ࢑

൅ ࢑

 

 

Jako,  że przemieszczenia podłoża są równe 0, możemy wykreślić 

pierwszy wiersz oraz pierwszą kolumnę. Macierz sztywności przyjmuje, 
więc następującą postać: 

 

ࡷ ൌ ൥

൅ ࢑

െ࢑

െ࢑

൅ ࢑

൅ ࢑

െ࢑

െ࢑

൅ ࢑

 

 

background image

 

 

Macierz tłumienia C: 

 
 

࡯ ൌ ൥

ࢉ ૙ ૙

૙ ૙ ૙
૙ ૙ ૙

 

 

Macierz mas M: 

 

ࡹ ൌ ൥

 

 

3. Dane  
 

k

1

= 3 N/m 

k

2

= 2 N/m 

k

3

= 1 N/m 

k

4

= 3 N/m 

k

5

= 1 N/m 

m

1

= 6 kg 

m

2

= 15 kg 

m

3

= 3 kg 

Warunki początkowe: 
 
x

1

=0              x

2

=0              x

3

=0 

 
x

1

’=0             x

2

’=

10 m/s    x

3

’=0 

 
krok dt=0,1 s 

 

4. Rozwiązanie zadania 

 

Symulacja została przeprowadzona w programie Scilab. 

 

Tłumienie układy otrzymamy z tłumienia Rayleigh'a: 
 
C=

*M+β*K, gdzie α,β ϵ<0,001;0,05> 

 
 

background image

Macierze K i M po uwzględnieniu danych przyjmują następującą 

postać: 
 

ࡷ ൌ ൥

െ૛

െ૛

െ૜

െ૜

 

 
 

ࡹ ൌ ൥

૙ ૚૞ ૙

൩ 

 
 
Rozwiązanie zadania w programie Scilab: 

 
 

 

 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 Wykresy 

przedstawiają amplitudę wychylenia poszczególnych mas 

układu (kolor czarny-m

1

, niebieski-m

2

, czerwony-m

3

) w zależności od 

przyjętych parametrów 

 i β: 

 

=0,001; β=0,001 

 

 
=0,5; β=0,001 

 

 

 

 

background image

=0,001; β=0,05 

 

=0,01; β=0,01 

 

 

 

 

 

 

 

background image

=0,05; β=0,05 

 

=0,01; β=0,05 

 

 

 

 

 

 

 

background image

=0,05; β=0,01 

 

 

 

Łatwo jest zauważyć, że gdy zwiększamy parametr 

 to drgania są 

szybciej tłumione i układ szybciej dąży do położenia równowagi jednak 
ruch poszczególnych mas jest nierównomierny, a gdy zmieniamy 
parametr β charakterystyki bardziej przypominają wykresy sinusoidalne, 
jednak drgania są  tłumione wolniej. Wynika to z zależności, z której 
liczyliśmy macierz tłumienia (C=

*M+β*K) oraz z przyjętych danych.