PROCEDURA LAGRANGE--'A - PRZYKŁAD.doc

(149 KB) Pobierz
Wpływ drgań mechanicznych na konstrukcję:

MARIAN W. DOBRY

PROCEDURA BUDOWY RÓŻNICZKOWYCH RÓWNAŃ RUCHU SYEMU MECHANICZNEGO Z WYKORZYSTANIEM RÓWNAŃ LAGRANGE’A II RODZJU

ZADANIE 

 

Korzystając z równań Lagrange’a II rodzaju, dla systemu mechanicznego pokazanego na rysunku:

1.   zbudować równania różniczkowe ruchu (r.r.r.) i określić dynamiczne parametry systemu,

2.   obliczyć częstość, częstotliwość, okres drgań własnych nie tłumionych i stopień tłumienia w systemie mechanicznym.

3.   rozwiązać r.r.r. i określić ruch maszyny wirnikowej o masie M,

4.   obliczyć naprężenia dynamiczne w elementach konstrukcji k1 oraz tłumiku c1



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dane: 

 

Obliczyć:

Wszystkie dane na rysunku:

 

Sprężyna k1: d, D, G

Tłumik c: dc

 

1)             r.r.r., mz, cz, kz, Fz

2)             ω0=?, f0=?, T0=?, ξ=?

3)             x(t) = xM(t) = ?

4)       τs(k1)(t)=?; σg(EJ)(t)=?; σc1(t)=?;

 

 

 

Model matematyczny struktury dynamicznej systemu o jednym stopniu swobody

 

Do opracowania modelu matematycznego wykorzystano równania Lagrange’a II rodzaju:

 

                            (1)

 

gdzie:     - współrzędne uogólnione,

                               - prędkości uogólnione,

                            Qj    - siły czynne zewnętrzne,

                            QjP - siły pochodzenia potencjalnego,

QjR - siły niepotencjalne od mocy dyssypacji,

E – energia kinetyczna układu.

 

 

1.  Ustalenie liczby stopni swobody i obranie współrzędnych uogólnionych

 

Z układu fizycznego wynika, że do opisu jednoznacznego ruchu systemu potrzebna jest tylko jedna współrzędna. System posiada zatem jeden stopień swobody.

 

s = 1; czyli j = 1

q1 = x1(t) – położenie masy M,                                                                                                                (2)

 

 

Dla jednego stopnia swobody równania Lagrange’a II rodzaju przyjmują postać:

 

j=1              ,                                                        (3)

 

 

2.              Obliczenie energii kinetycznej układu jako funkcji współrzędnej i prędkości uogólnionej: 

 

                                                                                    (4)

 

 

3.  Obliczenie pochodnej cząstkowej energii kinetycznej po prędkości:             

j = 1              ,                                                                      (5)

 

4.  Obliczenie pochodnej po czasie z pochodnej energii kinetycznej po prędkości: 

 

j = 1              ,                                                        (6)

 

5.  Obliczenie pochodnej energii kinetycznej po przemieszczeniu:

 

.                                                                                    (7)

 

 

6.  Obliczenie siły czynnej, zewnętrznej:

 

 

 

j = 1             

              (8)

 

 

 

7.  Obliczenie sił potencjalnych pochodzących od energii potencjalnej:              

 

,                                                                      (9)

 

 

,                                                                      (10)

 

j = 1              ,                                                                      (11)

 

8.  Obliczenie sił pochodzących od mocy dyssypacji:                           

,                                                                                    (12)

,                                                                      (13)

j = 1              ,                                                                      (14)

 

9.  Obliczone człony równań Lagrange’a II rodzaju podstawione do równania (3) dają postać:

 

                                                        (15)

 

 

Po przekształceniu według malejących pochodnych po czasie otrzymano:

 

                                                        (16)

 

 

Jest to równanie sił. Wymiar każdego wyrazu – [N].

 

Parametry dynamiczne systemu:

1) masa zastępcza:

                                                        (17)

 

2) współczynnik tłumienia zastępczego:

(18)

3) współczynnik zastępczy sprężystości:

(19)

4) siła zastępcza:

                                          (20)

 

W celu przystosowania powyższych równań do wprowadzenia do programu MATLAB / simulink dokonano poniżej przedstawione przekształcenie:

 

Po podzielaniu przez masę zastępczą i pozostawieniu przyspieszenia po lewej stronie otrzymano:

(21)

 

 

 

...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin