KMS cvičení 5. Ondřej Marek

Podobné dokumenty
KMS cvičení 6. Ondřej Marek

I. část - úvod. Iva Petríková

MODIFIKOVANÝ KLIKOVÝ MECHANISMUS

Funkce komplexní proměnné a integrální transformace

Harmonické oscilátory

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze. Úloha č. 10 : Harmonické oscilace, Pohlovo torzní kyvadlo

Obsah. Kmitavý pohyb. 2 Kinematika kmitavého pohybu 2. 4 Dynamika kmitavého pohybu 7. 5 Přeměny energie v mechanickém oscilátoru 9

(test version, not revised) 9. prosince 2009

Necht na hmotný bod působí pouze pružinová síla F 1 = ky, k > 0. Podle druhého Newtonova zákona je pohyb bodu popsán diferenciální rovnicí

Elektromagnetické pole je generováno elektrickými náboji a jejich pohybem. Je-li zdroj charakterizován nábojovou hustotou ( r r

1 Rozdělení mechaniky a její náplň

MECHANICKÉ KMITÁNÍ. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - 3.A

SIGNÁLY A SOUSTAVY, SIGNÁLY A SYSTÉMY

Nauka o Kmitání Přednáška č. 4

Mechanické kmitání a vlnění, Pohlovo kyvadlo

Matematickým modelem soustavy je známá rovnice (1)

KMS cvičení 9. Ondřej Marek

Fyzikální praktikum 1

Téma: Dynamiky - Základní vztahy kmitání

9.7. Vybrané aplikace

Rovnice rovnováhy: ++ =0 x : =0 y : =0 =0,83

1.8. Mechanické vlnění

Téma 13, Úvod do dynamiky stavebních konstrukcí dynamiky

B. MECHANICKÉ KMITÁNÍ A VLNĚNÍ

Lineární algebra : Metrická geometrie

f x = f y j i y j x i y = f(x), y = f(y),

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 10: Lineární harmonický oscilátor. Pohlovo torzní kyvadlo. Abstrakt

Cvičné texty ke státní maturitě z matematiky

OBSAH. MODÁLNÍ VLASTNOSTI KLIKOVÉHO ÚSTROJÍ FSI VUT BRNO ČTYŘVÁLCOVÉHO TRAKTOROVÉHO MOTORU Ústav automobilního 1 VSTUPNÍ HODNOTY PRO VÝPOČET...

MECHANICKÉ KMITÁNÍ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

5. Pro jednu pružinu změřte závislost stupně vazby na vzdálenosti zavěšení pružiny od uložení

Nejprve si připomeňme z geometrie pojem orientovaného úhlu a jeho velikosti.

ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE DYNAMIKA ROTUJÍCÍCH SYSTÉMŮ

ω=2π/t, ω=2πf (rad/s) y=y m sin ωt okamžitá výchylka vliv má počáteční fáze ϕ 0

Kmity a mechanické vlnění. neperiodický periodický

Mechanika II.A Třetí domácí úkol

1.3 Pohyb hmotného nabitého bodu v homogenním magnetickém poli

Příklady kmitavých pohybů. Mechanické kmitání (oscilace)

Tlumené a vynucené kmity

Stroboskopické metody vibrační diagnostiky

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Pavel Ševeček stud. skup.: F/F1X/11 dne:

KMITÁNÍ PRUŽINY. Pomůcky: Postup: Jaroslav Reichl, LabQuest, sonda siloměr, těleso kmitající na pružině

Základy stavby výrobních strojů Tvářecí stroje I KLIKOVÉ MECHANISMY MECHANICKÝCH LISŮ

1. Regulace otáček asynchronního motoru - skalární řízení

Circular Harmonics. Tomáš Zámečník

Veronika Drobná VB1STI02 Ing. Michalcová Vladimíra, Ph.D.

Komplexní analýza. Fourierovy řady. Martin Bohata. Katedra matematiky FEL ČVUT v Praze

Téma: Dynamika - Úvod do stavební dynamiky

Lineární a adaptivní zpracování dat. 2. SYSTÉMY a jejich popis v časové doméně a frekvenční doméně

Rezonanční jevy na LC oscilátoru a závaží na pružině

ZPRACOVÁNÍ SIGNÁLŮ Z MECHANICKÝCH. Jiří Tůma

Experimentální dynamika (motivace, poslání, cíle)

Mechanické kmitání (oscilace)

KTE/TEVS - Rychlá Fourierova transformace. Pavel Karban. Katedra teoretické elektrotechniky Fakulta elektrotechnická Západočeská univerzita v Plzni

5. Stanovení tíhového zrychlení reverzním kyvadlem a studium gravitačního pole

Rotující soustavy, měření kritických otáček, typické projevy dynamiky rotorů.

Sestavení diferenciální a diferenční rovnice. Petr Hušek

Postupné, rovinné, monochromatické vlny v lineárním izotropním nemagnetickém prostředí

Tuhost mechanických částí. Předepnuté a nepředepnuté spojení. Celková tuhosti kinematické vazby motor-šroub-suport.

rovnic), Definice y + p(x)y = q(x), Je-li q(x) = 0 na M, nazývá se y + p(x)y =

Průhyb ocelového nosníku. Nezatížený a rovnoměrně zatížený nosník

Testovací příklady MEC2

i β i α ERP struktury s asynchronními motory

SIGNÁLY A LINEÁRNÍ SYSTÉMY

sin(x) x lim. pomocí mocninné řady pro funkci sin(x) se středem x 0 = 0. Víme, že ( ) k=0 e x2 dx.

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ Fakulta strojní Ústav technické matematiky Ú 12101

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Řízené LRC Obvody

pracovní list studenta Kmitání Studium kmitavého pohybu a určení setrvačné hmotnosti tělesa

FYZIKA I. Rovnoměrný, rovnoměrně zrychlený a nerovnoměrně zrychlený rotační pohyb

9. cvičení z Matematické analýzy 2

Fyzika základního kurzu I (hypertextově) seznam důležitých skutečností

Diferenciální rovnice

Zadání semestrální práce z předmětu Mechanika 2

Měření sil v osnovních nitích

SEMI-AKTIVNĚ ŘÍZENÉ TLUMENÍ PODVOZKU VYSOKORYCHLOSTNÍHO VLAKU

2 Teoretický úvod Základní princip harmonické analýzy Podmínky harmonické analýzy signálů Obdelník Trojúhelník...

FYZIKA II. Petr Praus 9. Přednáška Elektromagnetická indukce (pokračování) Elektromagnetické kmity a střídavé proudy

Periodicita v časové řadě, její popis a identifikace, exponenciální vyrovnáván

Kompenzace osnovních sil svůrkou

Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,2 m. Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,3 m

III. MKP vlastní kmitání

Energetická bilance elektrických strojů

Úvod do laserové techniky

na kole ve spirále smrti (viz. obr). Předpokládejte, že smyčka je kruhová a má poloměr R=2,7 m. Jakou

Mechatronické systémy struktury s asynchronními motory

3.1.5 Složené kmitání

Otázky k ústní zkoušce, přehled témat A. Číselné řady

3. AMPLITUDOVĚ MODULOVANÉ SIGNÁLY

Laboratorní úloha č. 3 - Kmity I

9. Je-li cos 2x = 0,5, x 0, π, pak tgx = a) 3. b) 1. c) neexistuje d) a) x ( 4, 4) b) x = 4 c) x R d) x < 4. e) 3 3 b

Mechanické kmitání - určení tíhového zrychlení kyvadlem

DIPLOMOVÁ PRÁCE OPTIMALIZACE MECHANICKÝCH

Skládání kmitů

Technická diagnostika Vibrodiagnostika Ing. Jan BLATA, Ph.D. Kat. 340, VŠB-TU Ostrava Ostrava 2014

Úvod do laserové techniky

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

Zakončení viskózním tlumičem. Charakteristická impedance.

doc. Dr. Ing. Elias TOMEH Elias Tomeh / Snímek 1

Osové a deviační momenty setrvačnosti ploch (opakování ze 4. cvičení) Momenty setrvačnosti k otočeným osám Kroucení kruhových a mezikruhových průřezů

Theory Česky (Czech Republic)

Transkript:

KMS cvičení 5 Ondřej Marek

Ondřej Marek KMS 5 KINEMAICKÉ BUZENÍ ABSOLUNÍ SOUŘADNICE Pohybová rovnice: mx + b x x + k x x = mx + bx + kx = bx + kx Partikulární řešení: x = X e iωt x = iωx e iωt k m b x(t) b x x mx m k x x x = Xe iωt x (t) x = iωxe iωt x = ω Xe iωt po dosazení do pohybové rovnice: k mω + ibω Xe iωt = ibω + k X e iωt X X = k + ibω k mω + ibω = Ω + iζωω Ω ω + iζωω = + iζη η + iζη X = X e iφ Γ η = φ = arccos + ζη η + ζη + ζη arccos η η + ζη

Ondřej Marek KMS 5 KINEMAICKÉ BUZENÍ - RELAIVNÍ SOUŘADNICE x = x + x r Pohybová rovnice: mx r + bx r + kx r = mx Partikulární řešení: x = X e iωt x = ω X e iωt x r = X r e iωt k m b x r (t) x r = iωx r e iωt x r = ω X r e iωt x (t) po dosazení do pohybové rovnice: k mω + ibω X r e iωt = mω X e iωt X r mω = X k mω + ibω = ω Ω ω + iζωω = η η + iζη Γ η = η η + ζη φ = arccos η η + ζη 3

PŘÍKLAD: Příklad - kinematické buzení L φ M d / t Motor M pohání hřídel, ke kterému je připojen setrvačník s momentem setrvačnosti I=,kgm, střední úhlovou rychlostí n=5ot/min. Motor má ovšem nerovnoměrný chod, který je definován pomocí oscilace úhlového zrychlení φ Vyšetřete vybuzené kmity v soustavě (frekvence a amplitudy) G=8 GPa, d=3mm, L=.5m, ζ=. ŘEŠENÍ: Pokud se neuvažuje moment setrvačnosti rotoru motoru, pak lze úlohu chápat jako kinematické buzení setrvačníku na poddajném hřídeli. k Pohybová rovnice v absolutních souřadnicích: Iφ + bφ + kφ = bφ + kφ Pohybová rovnice v relativních souřadnicích: Iφ r + bφ r + kφ r = Iφ φ (t) φ r (t) φ(t) b I

Příklad () Z pohybových rovnic je patrné, že je výhodnější úlohu řešit v relativních souřadnicích, jelikož na pravé straně vystupuje zrychlení. φ r + b I φ r + k I φ r = φ φ r + ζωφ r + Ω φ r = φ torzní tuhost: k = GJ p L = G πd L 3 Ω = k I = G πd IL 3 = 8 9.3 π 3..5 = 356.7 rad/s Jelikož je buzení periodické, ale není harmonické, bude snahou nejprve nahradit periodickou funkci φ t pomocí řady harmonických funkcí (fourierův rozvoj). Náhrada Fourierovým rozvojem: f t = a + a k cos kωt + b k kωt a = k= f t dt, a k = ω = πn 3 = 57 rad/s = π ω = 6 n f t cos kωt dt, b k = f t kωt dt 5

Ondřej Marek Kmitání mechanických soustav Příklad (3) Náhrada průběhu síly Fourierovým rozvojem: a = a = b = a = b = a 3 = f t dt b 3 = b = = t cos ωt dt t ωt dt t cos ωt dt t ωt dt t cos 3ωt dt + t cos ω dt + t ω dt + t cos ω dt + t ω dt + t cos 3ω dt t 3ωt dt + + t cos ω dt 3 + + t ω dt 3 = = + + t cos ω dt 3 + + t ω dt 3 + + t cos 3ω dt 3 + t 3ω dt π + π + π = 8 π = π + + π = = = + + t 3ω dt 3 π π + π = = 8 3π a = b = a 5 = b 5 = 8 5π a 6 = b 6 = a 7 = b 7 = 8 7π 6

Ondřej Marek - KMS Rozvoj do řádu 5 vypadá následovně: φ t 8 πn π 3 t 8 3π 3πn 3 t + 8 5π 5πn 3 t.5 Náhrada původní funkce součtem harmonických funkcí (fourierův rozvoj) original Fourier do j= Fourier do j=3 Fourier do j=5 Fourier do j=7 Lze si všimnout, že nenulové jsou pouze liché koeficienty b a jsou prvky posloupnosti, φ t pak lze zapsat jako součet řady: φ t = j+ 8 j π j= πn j 3 t -.5 -.5..5..5.3.35. t [s] Fourierův rozvoj - výřez.8.6.. original Fourier do j= Fourier do j=3 Fourier do j=5 Fourier do j=7 6 8 x -3 7

Ondřej Marek - KMS Příklad (3) Jelikož se jedná o případ vynuceného kmitání a soustava je tlumená, má smysl počítat pouze partikulární řešení (homogenní po čase odezní díky útlumu). Původní pohybová rovnice: φ r + ζωφ r + Ω φ r = φ Funkce na pravé straně je známá a je již známá i náhrada funkce fourierovým rozvojem. Lze zapsat následovně φ r + ζωφ r + Ω φ r = a + a k cos kωt + b k kωt k= φ r + ζωφ r + Ω φ r = a Φ ke ikωt k= V případě funkce z příkladu lze psát: φ r + ζωφ r + Ω φ r = 8 πn π 3 t + 8 3πn 3π 3 t 8 5πn 5π 3 t + φ r + ζωφ r + Ω φ r = 8 π ieiωt + 8 3π iei3ωt 8 5π iei5ωt + odhad partikulárního řešení: φ rp = Φ r ie iωt + Φ r3 ie i3ωt + Φ r5 ie i5ωt + φ rp = iωφ r ie iωt + 3iωΦ r3 ie i3ωt + 5iωΦ r5 ie i5ωt + φ rp = ω Φ r ie iωt 3ω Φ r3 ie i3ωt 5ω Φ r5 ie i5ωt + 8

Ondřej Marek - KMS Ω ω + iζωω Φ r e iωt + Ω 3ω + iζω3ω Φ r3 e i3ωt + Ω 5ω + iζω5ω Φ r5 e i5ωt + = 8 π ieiωt + 8 3π iei3ωt 8 5π iei5ωt + V rovnici jsou vytknuty výrazy ie iωt, ie i3ωt, ie i5ωt jak na levé, tak i na pravé straně. Z rovnice lze psát 3 (obecně n) rovnic. ze kterých lze vyjádřit komplexní amplitudy vybuzených kmitů Φ rj pro jednotlivé frekvence. Komplexní amplituda v sobě zahrnuje informaci o velikosti a fázovém posunutí (zpoždění). Ω ω + iζωω Φ r = 8 π Ω 3ω + iζω3ω Φ r3 = 8 3π Ω 5ω + iζω5ω Φ r5 = 8 5π 8 Φ r = π Ω π ω + i π ζωω = 8. 6 + i. 5 = 7.5 6 + i.65 6 8 Φ r3 = 9π Ω 8π ω + i 5π ζωω = 6.3 7 i.8 7 8 Φ r5 = 5π Ω 65π ω + i 5π ζωω = 6.9 8 + i. 8 Φ r = Φ r e iθ = 7.7 6 e i.96 Φ r3 = Φ r3 e iθ 3 = 7.78 7 e i.55 Φ r5 = Φ r5 e iθ 5 = 6.55 8 e i.5 9

Ondřej Marek - KMS Amplitudo-fázové charakteristiky, průběh ϕ r (t).5.5 x -5 ( ) 3 5 6 7 3 ( ) 3 5 6 7.5.5 x -6 3 ( ) 3 5 6 7 - - -3 3 ( ) - 3 5 6 7 8 x -7 5 ( ) 6 3 5 6 7 3 5 ( ) 3 5 6 7 Jelikož proběhla náhrada kωt = Re ie ikωt, pak lze do celkového řešení dosazovat opět rovnou kωt. φ r t = Φ r ωt + θ + Φ r3 3ωt + θ 3 + Φ r5 5ωt + θ 5 + φ r t = 7. 7 6 57t +. 96 + 7. 78 7 7. 55 + 6. 6 8 785t +. 5 +

Ondřej Marek - KMS Průběh ϕ r (t) - grafy. harmonická 3. harmonická 5. harmonická x -5 r ( t+ ) -.5..5. x -6 r3 (3 t+ 3 ) -.5..5. x -7 r5 (5 t+ 5 ) -.5..5. x -5 r (t) součet., 3. a 5. harmonické.5 -.5 -...6.8....6.8.