Колебания систем с одной степенью свободы

Содержание

Слайд 2

Часто в реальной конструкции можно выделить массивные элементы, деформацией которых можно

Часто в реальной конструкции можно выделить массивные элементы, деформацией которых можно

пренебречь, и упругие элементы, массу которых можно не учитывать.

Другим примером систем с одной степенью свободы может служить диск, закрепленный на упругом валике (рис.1, б). Если масса вала пренебрежимо мала по сравнению с массой диска, а диск может перемешаться только поворачиваясь в своей плоскости вокруг оси вал.

Система, представленная на рис.1, а, может рассматриваться как система с одной степенью свободы, если масса пружины мала по сравнению с массой груза.

Слайд 3

На рис. 2 представлены системы с двумя степенями свободы. По­ложение грузов

На рис. 2 представлены системы с двумя степенями свободы.

По­ложение грузов

(рис.2,а), масса которых значительно больше мас­сы пружин, при движении в вертикальном направлении определяется двумя координатами: х1 и х2.
Слайд 4

Системы, изображенные на рис.2, б, в, могут рассматриваться как системы с

Системы, изображенные на рис.2, б, в, могут рассматриваться как системы с

двумя степенями свободы, если собственные массы балки и рамы малы по сравнению с массой колеблющихся грузов, а размеры грузов невелики, так что массы их можно считать сосредоточенными.

В случае больших поперечных размеров груза (рис.2,г) положе­ние его определяется смещением центра массы х1 и углом поворота гру­за х2. Такая система имеет две степени свободы.

Слайд 5

Определение собственной частоты системы с одной степенью свободы 1. Записать кинетическую

Определение собственной частоты системы с одной степенью свободы

1. Записать кинетическую и

потенциальную энергию системы соответственно

3. Записать дифференциальное уравнение свободных колебаний, которое имеет вид

2. Подставить выражения для кинетической и потенциальной энергии в уравнения Лагранжа 2-го рода

4. Записать решение дифференциального уравнения свободных колебаний в виде гармонической функции

Слайд 6

6. Определить собственную частоту колебаний Если ввести f = k -1

6. Определить собственную частоту колебаний

Если ввести f = k -1 -

единичную податливость, соответствующую квазиупругому коэффици­енту k.

5. Подставить решение в дифференциальное уравнение свободных колебаний

Условием не нулевого решения является равенство нулю определителя алгебраической системы

Слайд 7

Пример 3.1. Рассмотрим систему с одной степенью свободы: автомобиль массой m

Пример 3.1. Рассмотрим систему с одной степенью свободы: автомобиль массой m

и жесткостью пружин подвески k малой по сравнению с массой объекта (рис.3)

m

k

Пусть m = 1000 кг и k = 40 кН/м f = ? Гц

1/с

5. Уравнение для определения собственных частот колебаний

3. Дифференциальное уравнение свободных колебаний

Слайд 8

Пример 3.2 Рассмотрим математический маятник массой m и длиной l l m mg

Пример 3.2

Рассмотрим математический маятник массой m и длиной l

l

m

mg

Слайд 9

Математический маятник Фуко в Национальном соборе г. Мехико

Математический маятник Фуко в Национальном соборе г. Мехико

Слайд 10

1. Кинетическая и потенциальная энергия для математического маятника массой m и

1. Кинетическая и потенциальная энергия для математического маятника массой m и

длиной l :

- угол наклона маятника относительно положения равновесия

3. Дифференциальное уравнение свободных колебаний маятника имеет вид

2. Подставить выражения для кинетической и потенциальной энергии в уравнения Лагранжа 2-го рода

4. Решение дифференциального уравнения

5. Подставить решение в дифференциальное уравнение и приравнять определитель нулю

Слайд 11

Вычисляем собственную частоту свободных колебания маятника Пусть l = 98,1 м

Вычисляем собственную частоту свободных колебания маятника

Пусть l = 98,1 м

f = 0,05 Гц

Т= 20 с

Слайд 12

Рассмотрим растяжение стержня Применение метода перемещений для вывода коэффициентов матрицы жесткости стержневого элемента

Рассмотрим растяжение стержня

Применение метода перемещений для вывода коэффициентов
матрицы жесткости стержневого

элемента
Слайд 13

Пример 3.3. Рассмотрим продольные колебания стержня с массой М на конце

Пример 3.3. Рассмотрим продольные колебания стержня с массой М на конце

L

= 2 м, сечение прямоугольное шириной b = 5 см и высотой h = 3 см,
Е = 200 000 Мпа, М = 50 кг

Уравнение для определения собственных частот колебаний

u

Слайд 14

L = 2 м, сечение прямоугольное шириной b = 5 см

L = 2 м, сечение прямоугольное шириной b = 5 см

и высотой h = 3 см,
Е = 200 000 Мпа, М = 50 кг

Н/м

1/с

Уравнение для определения собственных частот колебаний

Слайд 15

Рассмотрим кручение стержня

Рассмотрим кручение стержня

Слайд 16

Iх = MR2 /2 Пример 3.4. Рассмотрим крутильные колебания вала с

Iх = MR2 /2

Пример 3.4. Рассмотрим крутильные колебания вала

с диском на конце с моментом инерции Iх

L = 2 м, сечение круглое d = 4 см, G = 80 000 Мпа, М = 50 кг, R=20 см

Уравнение для определения собственных частот колебаний