Figuren viser et linert system af 1 frihedsgrad med fjederkonstanten k, dmpningskonstanten

Relaterede dokumenter
Figuren viser et linert udmpet system af 1 frihedsgrad med fjederkonstanten k og

OPGAVE 1. Spørgsmål 1 (15%) Opstil bevægelsesligningen med tilhørende begyndelsesbetingelser for massen i punkt D.

OPGAVE 1. k m c. Spørgsmål 1 (10%) Opstil bevægelsesligningen for den punktformige masse. Spørgsmål 2 (5%) Bestem for k = 3 EI

SKRIFTLIG EKSAMEN I SVINGNINGSTEORI Bygge- og Anlægskonstruktion, 8. semester Onsdag, den 19. juni 2002 kl Alle hjælpemidler er tilladt

OPGAVE 1. f(t) = f 0 cos(ωt)

Spørgsmål 2 (5%) Formuler systemets bevægelsesligninger og begyndelsesbetingelser på tilstandsform.

yt () p0 cos( t) OPGAVE 1

SKRIFTLIG EKSAMEN I NUMERISK DYNAMIK Bygge- og Anlægskonstruktion, 7. semester Torsdag den 19. juni 2003 kl Alle hjælpemidler er tilladt

Matematik 2 AL. Opgave 2 (20p)

Linear Programming ١ C H A P T E R 2

On the complexity of drawing trees nicely: corrigendum

Besvarelser til Lineær Algebra Reeksamen Februar 2017

1 Indledning 2. 2 Komfortkriterier 2. 3 Lastmodel 4. 4 Konstruktionsmodeller Generaliseret system Betonelementdæk 6

Strings and Sets: set complement, union, intersection, etc. set concatenation AB, power of set A n, A, A +

2. ordens differentialligninger. Svingninger.

SKRIFTLIG EKSAMEN I NUMERISK DYNAMIK Bygge- og Anlægskonstruktion, 8. semester Fredag den 30. juni 2005, kl Alle hjælpemidler er tilladt

Avancerede bjælkeelementer med tværsnitsdeformation

University of Copenhagen Faculty of Science Written Exam - 3. April Algebra 3

Freefly B-Række Regler

Spørgsmål 1 (5%) Forklar med relevant argumentation, at den stationære temperaturfordeling i områdets indre er bestemt ved følgende randværdiproblem

Project Step 7. Behavioral modeling of a dual ported register set. 1/8/ L11 Project Step 5 Copyright Joanne DeGroat, ECE, OSU 1

Basic statistics for experimental medical researchers

University of Copenhagen Faculty of Science Written Exam April Algebra 3

Skriftlig Eksamen Diskret matematik med anvendelser (DM72)

( ) Projekt 7.17 Simpsons formel A A A. Hvad er matematik? 3 ISBN

Trolling Master Bornholm 2014

Eksempel 9.1. Areal = (a 1 + b 1 )(a 2 + b 2 ) a 1 a 2 b 1 b 2 2a 2 b 1 = a 1 b 2 a 2 b 1 a 1 a 2 = b 1 b 2. Eksempel = ( 1) = 10

Vores mange brugere på musskema.dk er rigtig gode til at komme med kvalificerede ønsker og behov.

Skriftlig Eksamen Beregnelighed (DM517)

Formelsamling i Matematik på C og B og A niveau Dette er en formelsamling der er under konstant udvikling Så hvis du har ønsker til denne så sig til

hvor A er de ydre kræfters arbejde på systemet og Q er varmen tilført fra omgivelserne til systemet.

Formelsamling til Fourieranalyse 10. udgave

ANALYSE 1, 2014, Uge 3

HA-SPAD MEDIA KIT

Resource types R 1 1, R 2 2,..., R m CPU cycles, memory space, files, I/O devices Each resource type R i has W i instances.

Eksamen i Signalbehandling og matematik

Skriftlig Eksamen Beregnelighed (DM517)

Modtageklasser i Tønder Kommune

Lektion 5 Det bestemte integral

Where and why? - How to use welded branches

(a k cos kx + b k sin kx) k=1. cos θk = sin θ 1 ak. , b k. k=1

Noter til kursusgang 8, IMAT og IMATØ

Generalized Probit Model in Design of Dose Finding Experiments. Yuehui Wu Valerii V. Fedorov RSU, GlaxoSmithKline, US

Userguide. NN Markedsdata. for. Microsoft Dynamics CRM v. 1.0

KALK- OG TEGLVÆRKSFORENINGEN. CPR Sustainable Construction

Evaluating Germplasm for Resistance to Reniform Nematode. D. B. Weaver and K. S. Lawrence Auburn University

Rettelse nr. / Correction no Søkortrettelser / Chart Corrections på / via

Image Restoration. Chapter 5. You want to obtain an image X. But you only have a degradation version Y. How do you determine X from Y?

Læs vejledningen godt igennem, før du begynder at samle vuggen. Please read the instruction carefully before you start.

Our activities. Dry sales market. The assortment

19.3. Second Order ODEs. Introduction. Prerequisites. Learning Outcomes

Subject to terms and conditions. WEEK Type Price EUR WEEK Type Price EUR WEEK Type Price EUR WEEK Type Price EUR

Matematisk modellering og numeriske metoder. Lektion 17

Statistik for MPH: oktober Attributable risk, bestemmelse af stikprøvestørrelse (Silva: , )

DONG-område Resten af landet

Aarhus Universitet, Science and Technology, Computer Science. Exam. Wednesday 27 June 2018, 9:00-11:00

Side 1 af 9. SEPA Direct Debit Betalingsaftaler Vejledning

Nyhedsmail, december 2013 (scroll down for English version)

Mat1GB Minilex. Henrik Dahl, Hold maj Definitioner 2

Multivariate Extremes and Dependence in Elliptical Distributions

Brug sømbrættet til at lave sjove figurer. Lav fx: Få de andre til at gætte, hvad du har lavet. Use the nail board to make funny shapes.

PARALLELIZATION OF ATTILA SIMULATOR WITH OPENMP MIGUEL ÁNGEL MARTÍNEZ DEL AMOR MINIPROJECT OF TDT24 NTNU

Rettelse nr. / Correction no Søkortrettelser / Chart Corrections på / via

DM549 Diskrete Metoder til Datalogi

MEDLEY CHALLENGE 2016/2017

Afleveringsopgaver i fysik i 08-y2 til

Geometrinoter 2. Brahmaguptas formel Arealet af en indskrivelig firkant ABCD kan tilsvarende beregnes ud fra firkantens sidelængder:

Stabilitet af rammer - Deformationsmetoden

Implicit differentiation Med eksempler

The X Factor. Målgruppe. Læringsmål. Introduktion til læreren klasse & ungdomsuddannelser Engelskundervisningen

Mandara. PebbleCreek. Tradition Series. 1,884 sq. ft robson.com. Exterior Design A. Exterior Design B.

Mandara. PebbleCreek. Tradition Series. 1,884 sq. ft robson.com. Exterior Design A. Exterior Design B.

Fremkomsten af mængdelæren. Stig Andur Pedersen

Martin Lohse. Passing. Three mobile for accordion. Composed

University of Copenhagen Faculty of Science Written Exam - 8. April Algebra 3

DK - Quick Text Translation. HEYYER Net Promoter System Magento extension

Matematikkens mysterier - på et højt niveau. 3. Differentialligninger

Special VFR. - ved flyvning til mindre flyveplads uden tårnkontrol som ligger indenfor en kontrolzone

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe den første opgave af hvert emne over.

Sport for the elderly

Portal Registration. Check Junk Mail for activation . 1 Click the hyperlink to take you back to the portal to confirm your registration

Privat-, statslig- eller regional institution m.v. Andet Added Bekaempelsesudfoerende: string No Label: Bekæmpelsesudførende

SEPA Direct Debit. Mandat Vejledning Nets Lautrupbjerg 10 DK-2750 Ballerup

Kurver og flader Aktivitet 15 Geodætiske kurver, Isometri, Mainardi-Codazzi, Teorema Egregium

Status of & Budget Presentation. December 11, 2018

DM549. Hvilke udsagn er sande? Which propositions are true? Svar 1.a: x Z: x > x 1. Svar 2.h: x Z: y Z: x + y = 5. Svar 1.e: x Z: y Z: x + y < x y

Trolling Master Bornholm 2016 Nyhedsbrev nr. 8

Kalkulation: Hvordan fungerer tal? Jan Mouritsen, professor Institut for Produktion og Erhvervsøkonomi

Integralregning. 2. del Karsten Juul

Trolling Master Bornholm 2014

1 s01 - Jeg har generelt været tilfreds med praktikopholdet

Note om Laplace-transformationen

Trigonometri. Trigonometri. Sinus og cosinus... 2 Tangens... 6 Opgaver Side 1

F o r t o l k n i n g e r a f m a n d a l a e r i G I M - t e r a p i

DM547 Diskret Matematik

Løsning af skyline-problemet

Beovox 5000 versions. Classic Audio Technical Information

Trolling Master Bornholm 2016 Nyhedsbrev nr. 3

Fononiske Båndgab. Køreplan Matematik 1 - FORÅR 2004

Transkript:

SKRIFTLIG OMPRVE I SVINGNINGSTEORI Bygge- og Anlgskonstruktion,. semester Torsdg den 6. september kl..-6. Alle hjlpemidler er tilldt OPGAVE Figuren viser et linert system f frihedsgrd med fjederkonstnten k, dmpningskonstnten c og mssen m, der pvirkes f en periodisk dynmisk belstning, f(t), med perioden T. Belstningen er linert voksende over et tidsintervl T med mksimlvrdi f, efterfulgt f et ubelstet intervl, ligeledes f lngden T. Belstningens tidsvrition fremgr ivrigt f guren. Sprgsml (%, =4:4%) ) Bestem den sttionre periodiske bevgelse f mssen fr dennes sttiske ligevgtsposition. Sprgsml (%, =:5%) Bestem bevgelsen f mssen, nr denne strter med begyndelsesbetingelserne x() = _x() =.

OPGAVE Figuren viser et system f punktformige msser f strrelsen m, m og m, der 4 bevger sig i vndret retning i smme pln. Mssen m pvirkes f en hrmonisk vrierende krft f(t) = f cos(!t) med mplitude f og cirkulr frekvens!, virkende i mssernes bevgelsesretning. Msserne er indbyrdes forbundet med linert elstiske fjedre med fjederkonstnten k, og mssen m er endvidere forbundet til endnu en linert elstisk fjeder med fjederkonstnten k, der er fstnet til et fst vederlg i den nden ende. Der betrgtes kun sm svingninger f msserne ud fr den sttiske ligevgtstilstnd. Endvidere ses der bort fr dmpning. Sprgsml (5%, =4:%) Opstil ligningerne til bestemmelse f mssernes bevgelse ud fr den sttiske ligevgtstilstnd. Sprgsml (%, =6:6%) Bestem de cirkulre frekvenser for hvilke mssen m er i ro i den sttionre tilstnd, nr bevgelsen fr eventuelle begyndelsesbetingelser er klinget bort.

OPGAVE Figuren viser en horizontl, pln smmenst bjlke bestende f delbjlkerne AB og BC. Begge delbjlker er Bernoulli-Euler bjlker f lngden, med konstnt bjningsstivhed og konstnt msse pr. lngdeenhed. Bjlkerne er fst indspndt i punkterne A og C, og bjningsstift forbundet i punkt B. Bjlkerne er uendeligt stive over for xildeformtioner. I punkt B er nordnet en udbredt msse f strrelsen m og med msseinertimonentet J om en kse vinkelret p bjlkernes bjningscenter. Der betrgtes kun sm lodrette svingninger omkring bjlkens sttiske ligevgtstilstnd. Sprgsml (5%, =:%) Vis, t symmetriske og nti-symmetriske udmpede egensvingninger omkring punktet B kn bestemmes vh. de p guren viste kvivlente systemer. Sprgsml (5%, =5:%) Formuler betingelser til bestemmelse f cirkulre egenfrekvenser f henholdsvis symmetriske og nti-symmetriske udmpede egensvingninger. Frekvensbetingelserne forlnges ikke lst. OPGAVE 4 Sprgsml (5%, =5:4%) Problemet i opgve betrgtes igen. Nu nskes problemet i stedet lst ved hjlp f en elementmetode, idet der benyttes et enkelt element for hver f delbjlkerne AB og BC. Bestem de to lveste cirkulre egenfrekvenser for m = of J =.

4 SOLUTIONS PROBLEM Question : Fig. : Hlf-rnge expnsion of lod. Expnsion in sine series. The lod f(t) is dened for t>. However, we my extend the rnge of denition to the negtive t-xis to obtin n odd function s shown in g.. Then the lod my be represented by Fourier sine series f(t) = b n = T T Z T X n= Z T,T f t T b n sin n t T f(t) sin n t dt = T T sin n t T dt = f n Z T f(t) sin n t dt = T n sin n, cos Alterntively, the extension of the intervl of denition to the negtive t-xis my be performed in wy so tht n even function is obtined, or in wy so tht the time vrition of f(t) =f(t + T ) for t ], T;[ s pplied in Exmple -5. In these cses cosine series or full Fouries series is obtined, respectively. () my be written in the following form f(t) = X b n cos n t T, = X n Re b n e i(n tt, ) = n= n= X, Re F n e i! nt ; F n = b n e,i = b n e,i n ; n = n= ;! n = n T () is on the form (-9) with =. Then, the sttionry periodic motion follows from (-95), (-96) nd (-9) D.G. Zill nd M.R. Cullen: Dierentil Eutions with Boundry-Vlue Problems, 4th Ed. Brooks/Cole Publishing Compny, 997. () () ()

5 x () (t) = X n= n = (! n )+ jx n j cos(! n t, n) (4) ; (! n ) = rctn!! n! Tn! o, = rctn! n! o T, n (5) jx n j = b n m p (!,! n ) +4!! n = b n T m p (! T, n ) +4! T n (6) where! nd signify the undmped circulr eigenfreuency nd the dmping rtio s given by (-7) nd (-9). Insertion of (), (5) nd (6) into (4) provides the following solution for the sttionry periodic motion x () (t) = f T m X n=,, cos n sin, n n n p n (! T, n ) +4! T sin t n T, (! n ) (7) Question : The complete solution my be written x(t) =x () (t) +x () (t) () where x () (t) is dmped eigenvibrtion s given by (-4). The combined solution fulls the initil conditions x() = _x() =, which mens tht the eigenvibrtion must full the initil conditions x () () =,x () () ; _x () () =, _x () () (9) Insertion of (9) nd (-4) then provides the following solution x(t) =x () (t), e,! t x () () cos, p,! t + _x() () +! x () ()! p, sin, p,! t () The initil vlues x () () nd _x () () cn be clculted from (7).

6 PROBLEM Question : Fig. : Denition of degrees of freedom. Forces on free msses. The system hs degrees of freedom, which re dened s shown in g.. The msses re cut free from the springs nd the internl spring forces re pplied s externl forces. Then, Newton's nd lw of motion for ech of the free msses provides the following eutions of motion mx = f cos(!t), kx + k(x, x ) mx =,k(x, x )+k(x, x ) 4 mx =,k(x, x ) 9 >= >; ) Mx + Kx = f cos(!t) () x(t) = 4 x (t) x (t) x (t) 5 ; f = f 4 5 ; M = m 4 4 5 ; K = k 4,,,5 (), Question : Since the system is undmped, the msses will be in phse or in counter-phse to the excittion in the sttionry stte, where the response from possible initil vlues hs dissipted wy. Then, the hrmonic response is on the form x(t) =X cos(!t) () X = 4 X X X 5 =, K,! M, f =,, 4,,,,, 5, 4 5 f k =

7 f kd(!) 4, 4 +, 5 (4) where = m! 4k (5) D(!) =(, ), (, )(, ), +,, (, ) =,6 +6, 5 + (6) The mss m will be t rest if X =, which mens tht, 4 + = ) j = (, p ; j = p + ; j = (7) From (5) nd (7) it follows tht the mss m will be t rest for the circulr vibrtion freuencies! j = < :, p + p k m ; j = k m ; j = () PROBLEM Question : Fig.: ) Euivlent system for symmetric eigenfreuencies. b) Euivlent system for nti-symmetric eigenfreuencies.

For symmetric eigenvibrtions the ngulr rottion t the point B becomes B. The inertil moment from the mss moment of inerti J then becomes,j B. Conseuently, J cn be ignored for symmetric eigenvibrtions. The inertil force,mu B is shred eully between the bems AB nd BC. All the indicted boundry conditions t the point B re represented by the euivlent system shown in g.. For nti-symmetric eigenvibrtions the displcement t the point B becomes u B. The inertil force from the mss m then becomes,mu B. Conseuently, m cn be ignored for nti-symmetric eigenvibrtions. The inertil moment,j B is shred eully between the bems AB nd BC. All the indicted boundry conditions t the point B re represented by the euivlent system shown in g. b. Question : Eigenvibrtions of the systems shown in gs. nd b, representing symmetric nd nti-symmetric eigenvibrtions of the underlying system, respectively, re determined by the following eigenvlue problems, cf. (4-) d4 dx,! (x) = ; x ];[ () = ; d dx () = d d dx() = ; dx () =,! m() d4 dx,! (x) = ; x ];[ () = ; d dx () = () = ; d dx () =! J d dx () 9 >= >; 9 >= >; () () The solution to the dierentil eutions of () nd () becomes, cf. (4-), (4-9) (x) =A sin x + B cos x + C sinh x + D cosh x 4 =! 4 The boundry conditions t x = provide B + D = D =,B (A + C) = ) C =,A Then, () reduces to (x) =A sin x, sinh x + B cos x, cosh x () (4) (5) (6)

9 In cse of symmetric eigenvibrtions, (6) is inserted into the boundry conditions t x = in (), which provides the following liner eutions for the determintion of A nd B (cos, cosh ),(sin + sinh ) (sin, sinh ), (cos + cosh ) + 4 m (sin, sinh ) + 4 m (cos, cosh ) A B (7) is homogeneous system of liner eutions. Non-trivil solutions A 6= _ B 6= re obtined if the determinnt of the coecient mtrix is zero. = is not n eigenvlue. After some reduction the following freuency condition my then be derived, sin cosh, cos sinh + m (7),, cos cosh = () For m = the lowest three solutions to () nd the circulr eigenfreuencies of the corresponding symmetric eigenvibrtions become j =! j = < : >< >: :7 ; j = 4:977 ; j =4 7:96446 ; j =6 :95455 :999 6:46 4 ; j = 4 ; j =4 4 ; j =6 In cse of nti-symmetric eigenvibrtions, (6) is inserted into the boundry conditions t x = in (), which provides the following liner eutions for the determintion of A nd B sin, sinh cos, cosh (sin + sinh )+ 5 J (cos, cosh ) (cos + cosh ), 5 J (sin + sinh ) From the determinnt condition for obtining non-trivil solutions the following freuency condition my be derived, sin cosh + cos sinh + J (9) () = A = B (),, cos cosh = () For J = the lowest three solutions to () nd the circulr eigenfreuencies of the corresponding nti-symmetric eigenvibrtions become j = < : :444 ; j = 4:795 ; j = 7:557 ; j =5 ()

! j = >< >: :994 4 ; j = :4659 4 ; j = 6:759 4 ; j =5 (4) PROBLEM 4 Fig. : Finite element model of bem. Globl node numbering nd denition of globl degrees of freedom. The nite element model is shown in g.. The globl degrees of freedom hve been indicted. Locl nd globl coordinte systems re co-directionl. The locl stiness nd consistent mss mtrices for the two elements become, cf. (5-4) nd (5-4) k = k = 6 4 m = m = 4 6, 6 6 4,6,,6,6 6,6 4 6 4 7 56 54, 4, 54 56,,,, 4 5 () 7 5 () The globl stiness nd mss mtrices with no correction for geometricl boundry conditions or for the concentrted mss elements t point B re ssembled s indicted in (5-7) nd (5-7). Due to the geometricl constrints u A (t) = u C (t) = A (t) = C (t) = the system hs but globl degrees of freedom x(t) =[u B (t); B (t)] T. The corresponding globl stiness mtrix nd globl consistent mss mtrix become K = 4 ()

M = 56 + m 4 + J (4) As seen, the globl mss mtrix hs been djusted by dding the discrete mss of mgnitude m = in the min digonl t u B (t) nd the mss moment of inerti J in the min digonl t B (t), cf. (5-6). For m = nd J = the following freuency condition is obtined, cf. (-4) det 4, 576j, 44 = ; j =; (5) j j = 4! j ; j =; (6) (5) nd (6) give j =! j = < : >< >: 5 ; j = 4 ; j = :9954 4 ; j = :954 4 ; j = () (9) The corresponding nlyticl solutions re indicted in es. () nd (4) of the solution to Problem! j = >< >: :994 4 ; j = :95455 4 ; j = ()