Свободные колебания Решения точные

Хотя формула (11.99) для периода свободных колебаний принципиально точна, но при решении практических задач приводит к громоздким выкладкам, обычно невыполнимым в замкнутой форме. Эти трудности можно обойти, пользуясь излагаемыми ниже приближенными способами определения частоты свободных колебаний. [c.76]

При а = ср правая часть третьего уравнения системы (4) оказывается точно равной нулю. Поэтому ошибка, которую мы совершаем, приближенно считая правую часть третьего уравнения системы (4) равной нулю, получается за счет пренебрежения первыми двумя слагаемыми в каждом из уравнений системы (7). Учитывая затухание свободных колебаний под действием сил сопротивления движению, подобное приближение следует считать вполне допустимым. При точном решении системы дифференциальных уравнений (4) угловая скорость диска ф не оказалась бы постоянной и не равнялась бы ш.) [c.271]

Отмеченные выше существенные особенности диссипативных систем, заключающиеся в том, что любые свободные колебания в системе, предоставленной самой себе, неизбежно затухают, приводят к тому, что для количественного рассмотрения свободных колебаний с учетом потерь нельзя без существенных оговорок пользоваться методом последовательных приближений, в котором за нулевое приближение принимается гармоническое движение. Данный метод может применяться лишь для ограниченных временных интервалов в случае достаточной малости затухания, и поэтому его использование с подобными оговорками существенно снижает его практическую ценность. Это заставляет нас в тех случаях, когда не удается найти прямое и точное решение дифференциального уравнения, описывающего систему, искать другие пути нахождения приближенного решения, учитывающего специфику нелинейных диссипативных систем и пригодного для любого интервала времени. Из возможных методов нахождения приближенного решения следует в первую очередь указать на метод поэтапного рассмотрения н, в частности, на кусочно-линейный метод, а также на метод медленно меняющихся амплитуд. Кусочно-линейный метод, пригодный для любых типов трения и нелинейности, основывается на замене общего рассмотрения движения всей системы в целом решением ряда линейных задач — уравнений, приближенно описывающих различные этапы движения системы, на которых ее можно считать более или менее [c.45]

Здесь через a w. и обозначены соответственно значения х к х при = 0. Первый член решения выражает вынужденное колебание с периодом 2я/р, а остальные члены — свободные колебания с периодом 2я//г. Если р имеет значение, близкое к п, то явление, при котором амплитуда вынужденных колебаний становится большой но сравнению с амплитудой с внешней силы, называется резонансом. Иногда этот термин употребляют лишь в том случае, когда р точно равняется п. В последнем случае (р = п) решение имеет вид. [c.174]

Свободные колебания при кулоновом трении (точное решение) [c.56]

Колебания паровоза как системы со многими степенями свободы. Точное решение задачи о колебаниях паровоза весьма сложно. С целью упрощения решения рассматривают паровоз как систему с тремя степенями свободы, считая, что величины упругих постоянных рессор не меняются во время колебаний. В этом случае положение системы при колебании определяется вертикальным перемещением центра тяжести г, углом поворота в продольной плоскости 6 и углом поворота в поперечной плоскости <р. Составляя уравнения Лагранжа и пользуясь свойством симметрии в расположении рессор относительно продольной оси, получают следующие линейные диференциальные уравнения свободных колебаний надрессорного строения паровоза [c.389]

Для того чтобы точно оценить величину расслоения частот и степень искажения собственных форм, требуется решить задачу о свободных колебаниях упругого тела той или иной конкретной и весьма сложной структуры, определяемой не только номинальными параметрами тела, являющимися поворотно-симметричными, но и асимметрией, которая может быть произвольной. Получение точного решения такой задачи в достаточно общей постановке представляется весьма сложным. [c.123]

Многообразие частотных уравнений, чрезвычайная сложность их построения и численного решения объясняет наличие целого ряда методов расчета, цель которых — получить достаточно точное значение искомой первой частоты свободных поперечных колебаний системы при сравнительной простоте и общности операций. В настоящее время существует ряд приближенных способов оценки частот свободных колебаний системы по наиболее податливому элементу [301. Однако каждый из этих способов применим лишь к конкретным типам установок, где выбранный элемент действительно играет определяющую роль, и не может быть рекомендован для расчета поперечных колебаний произвольных судовых валопроводов. [c.229]

Из решения этого уравнения можно определить к частот свободных колебаний жидкости. Каждой а> соответствует решение (6.3.29), которое дает п-ю форму свободных колебаний жидкости. При Л—>00 решение будет стремиться к точному. [c.348]

Наличие нелинейной муфты создает особенности в работе агрегата при динамических режимах, в частности затягивание резонанса в область высоких частот, возможность возникновения колебаний с частотой в целое число раз меньшей, чем частота возбуждающего момента. Уравнение движения системы с нелинейной муфтой имеет точное решение лишь в отдельных случаях. При расчетах таких систем большое значение имеет зависимость частоты k от амплитуды при свободных колебаниях. Эта зависимость в графической форме носит название скелетной кривой. Виды скелетных кривых для некоторых нелинейных зависимостей вместе с формулами, связывающими частоту с амплитудой, даны в табл. III.2. Для построения скелетных кривых обычно пользуются приближенными способами [15]. При этом заранее предполагают (например, на основании эксперимента) существование дифференциального уравнения движения и форму его периодического решения. При гармонической линеаризации считают, что режим колебаний близок к гармоническому. Решение в общем случае получаем в виде (р = фо + Ф os (и + а). Частота свободных колебаний (скелетная кривая) может быть найдена из приближенных формул [c.61]

Приведенные в этой главе задачи устойчивости оболочек практически исчерпывают класс задач, которые имеют точное решение в виде замкнутых формул. В последующих главах будут построены различные приближенные решения. Здесь исходя из энергетических соображений даны порядки критических нагрузок при потере устойчивости безмоментного состояния. Приведенные результаты содержатся в основном в [33, 34], близкий подход использован в [35, 118] при исследовании свободных колебаний оболочек. [c.64]

Изложенный путь нахождения точных решений и их дальнейшего анализа (как правило, приближенного) эффективен лишь для некоторых частных законов движения границ, когда задачу удается решить методом разделения переменных. Более общий подход к поиску приближенных решений свободных колебаний мембраны при произвольном, но медленном движении границ основан на использовании инвариантных преобразований волнового уравнения (см. 5.7). [c.218]

В реальных условиях реализовать движение механической системы с абсолютно точными значениями начальных условий невозможно, так как всегда имеет место разброс начальных данных. Поэтому реальное движение отличается от расчетного, и возникает необходимость в оценке возможных отклонений движения от расчетного. Задача определения вероятностных характеристик движения — обобщенных координат и их первых производных — при свободных колебаниях, вызванных случайными отклонениями начальных данных, является наиболее простой. Для ее решения достаточно знать линейные преобразования случайных функций, изложенные в 2.4. [c.157]

Чтобы получить более точное решение, Сен-Венан рассматривает систему, состоящую из бруса, защемленного одним концом, и массы, жестко укрепленной на другом его конце. Свободные колебания такой системы были уже изучены Навье ). Чтобы применить решение своего учителя к случаю удара, Сен-Венан при- [c.218]

В статье изложен приближенный метод определения собственных частот колебаний защемленных и шарнирно опертых пластинок произвольного очертания. Для демонстрации эффективности разработанного метода был исследован технически важный случай свободных колебаний эллиптической пластинки с защемленными и шарнирно опертыми краями, на примере которой был показан общий ход решения и получена основная частота колебаний. Для сравнения и подтверждения эффективности предлагаемого метода результаты предыдущих работ приведены в двух таблицах. Интересно отметить, что, как видно из таблиц, при а = Ь результаты настоящего исследования для обоих случаев 1 и 2 совпадают с точными решениями для соответствующих круговых пластинок. [c.191]

Здесь следует заметить, что в случае продольных волн решения для свободных колебаний цилиндра конечной длины не будут точными, поскольку не было наложено дополнительного условия об отсутствии поверхностных нагрузок на плоских торцах цилиндра. Однако можно ожидать, что указанное выше решение будет достаточно точным для цилиндров, длина которых значительно превышает их радиус. [c.199]

Общее решение этого уравнения состоит из двух частей одна из них описывает свободные колебания, другая — вынужденные. Свободные колебания будут постепенно затухать вследствие влияния демпфирования. Вынужденные колебания для случая линейного уравнения будут представлять собой наложение установившихся вынужденных колебаний, обусловленных каждым членом ряда (1.58). В свою очередь, эти последние колебания можно исследовать точно так же, как в п. 1.9. Отсюда можно сделать вывод, что большие вынужденные колебания могут возникнуть, когда период одного из членов ряда (1.58) совпадет с периодом собственных колебаний системы, т. е. если период Т возмущающей силы будет либо равен точно, либо кратен периоду Тд. [c.89]

Получив общие соотношения (8.1—8.7), рассмотрим отдельно вопросы свободных колебаний анизотропных пластинок и оболочек, заметив только, что к настоящему времени точные решения найдены лишь для сравнительно немногих частных задач. - [c.331]

Точное решение системы уравнений (8.105) при граничных условиях, отличных от условий (8.106), пока затруднительно. Поэтому на практике широко пользуются приближенными способами определения частот свободных колебаний. [c.359]

Точные решения. В отмеченных выше случаях исследование свободных колебаний сводится к интегрированию нелинейного дифференциального уравнения (3.1). Выразив обобщенное ускорение через обобщенную ско- dq [c.58]

В настоящей работе получен новый класс точных аналитических решений нелинейной системы уравнений длинных волн. Он описывает осесимметричные колебания идеальной однородной жидкости во вращающемся бассейне, имеющем форму параболоида вращения. Общий вид решений предложен в работе [11], посвященной нелинейным инерционным колебаниям круговых вихрей. Радиальная скорость движения жидкости является линейной функцией, азимутальная скорость и смещения свободной поверхности - многочленами различных степеней по радиальной координате с зависящими от времени коэффициентами. Благодаря более общей зависимости азимутальной скорости и смещений свободной поверхности от радиальной координаты, найденное решение является обобщением точного аналитического решения, найденного в работах [4, 5]. Решение линейной задачи о свободных колебаниях жидкости в параболическом вращающемся бассейне дано в [1]. [c.158]

Точное численное решение уравнений. Уравнения малых колебаний стержней (3.11) — (3.15) были получены в 3.1. Исключая Аи н полагая АР=АТ=0, получаем уравнения свободных колеба- [c.119]

Чем больше содержится в заданной функции свободных параметров, тем более точными будут результаты решения н тем больше значений частот собственных колебаний мы получим. Однако при этом расчет становится более трудоемким. [c.358]

Состояние учения о свободной конвекции в настоящее время таково, что многие стационарные задачи имеют точные или приближенные аналитические решения. Среди аналитических работ преобладают исследования ламинарных потоков, возникающих при свободной конвекции. Труднее математической обработке поддаются вопросы свободной конвекции при турбулентном течении в пограничном слое. В этом случае, как и в случае ламинарного режима, для описания теплообмена в условиях свободной конвекции применяются методы теории подобия с широким использованием эксперимента. Изучение вопросов нестационар- ной свободной конвекции имеет также большое значение. Одним из важнейших вопросов теории нестационарного теплообмена в условиях свободного движения является вопрос о влиянии вибраций на конвективные процессы. Вибрационный эффект, создаваемый или перемещением нагретой поверхности в окружающей среде или подводом возмущений в виде акустических или других периодических колебаний к самой среде, может изменить теплоотдачу в несколько раз. Такое изменение теплоотдачи позволяет качественно по-другому подходить к решению новых задач в условиях естественной конвекции, и в настоящее время обширные исследования посвящены этому вопросу. Получить общее аналитическое решение задачи не всегда удается, поэтому большинство работ посвящено экспериментальному и аналитическому исследованию частных случаев. [c.143]

Точное математическое решение задачи определения частот свободных поперечных колебаний многопролетной балки указанного типа приводит к сложному трансцендентному уравнению, в котором искомая частота входит в аргумент тригонометрических и гиперболических функций. Вид частотного уравнения зависит от числа пролетов, их длин, длины консоли, величин распределенной и сосредоточенной масс, т. е. от всех характеристик системы, и при расчете различных систем мы сталкиваемся с необходимостью решения разнообразных трансцендентных уравнений. [c.229]

Простые выражения (73) и (75) углов б и i]) получены из точных формул (67) путем пренебрежения высокочастотными колебаниями малых амплитуд и упрощений, которые были сделаны в предположении, что собственная угловая скорость ротора весьма велика по сравнению с частотами свободных колебаний колец подвеса при невращающемся роторе. Но на этом же предположении основыралась приближенная теория гироскопа ( 153). Поэтому следует ожидать, что, исходя из этой теории, можно непосредственно прийти к упрощенным дифференциальным уравнениям для углов б и tp, минуя громоздкий путь составления точных уравнений (48), нахождения их решений и последующего упрощения этих решений. [c.615]

Точное решение задачи о свободных колебаниях в нелинейных диссипативных системах в подавляющем большинстве случаев наталкивается на весьма большие и очень часто неразрешимые трудности. Поэтому (как и в случае консервативных систем) приходится искать методы приближенного расчета, которые с заданной степенью точности позволили бы найти количественные соотношения, определяющие движения в исследуемой системе при заданных начальных условиях. Из ряда возможных приближенных методов рассмотрим в первую очередь метод поэтапного рассмотрения. Мы уже указывали, что этот метод заключается в том, что в соответствии со свойствами системы все движение в ней заранее разбивается на ряд этапов, каждый из которых соответствует такой области изменения переменных, где исследуемая система с достаточной точностью описывается или линейным дифференциальным уравнением, или нелинейным, но заведомо интегрируемым уравнением. Записав решения для всех выбранных этапов, мы для заданных начальных условий находим уравнение движения для первого этапа, начинающегося с заданных начальных значений. Значения переменных 1, х, у = х) конца первого этапа считаем начальными условиями для следующего этапа. Повторяя эту операцию продолжения решения от этапа к этапу со сшиванием поэтапных решений на основе условия непрерывности переменных х и у = х, мы можем получить значения исследуемых величин в любой момент времени. Если разбиение всего движения системы на этапы основано на замене общей нелинейной характеристики ломаной линией с большим или меньшим числом прямолинейных участков, то подобный путь обычно называется кусочно-линейным методом. В этом случае на каждом этапе система описывается линейным дифференциальным уравнением. Условие сшивания решений на смежных этапах — непрерывность х я у = х — необходимо и достаточно для системы с одной степенью свободы при наличии в ней двух резервуаров энергии и двух форм запасенной энергии (потенциальной и кинетической, электрической и магнитной). Существование двух видов резервуаров энергии является также необходимым условием для возможности осуществления в системе свободных колебательных движений, хотя для диссипативных систем оно недостаточно. При большом затухании система и с двумя резервуарами энергии может оказаться неколебательной — апериодической. [c.60]

Сринивас и др. [141 ] рассмотрели также свободные колебания однородных и многослойных изотропных пластин. Точное решение включает ограниченное число двойных неограниченных спектров собственных частот, в то время как теория Миндлина [102] позволяет получить три, а классическая теория тонких пластин — один двойной спектр. Было установлено, что если отыскиваются частоты только изгибных, крутильных и сдвиговых (по толщине) колебаний, соответствующие определенной совокупности форм (т, п), то применима теория Миндлина, однако, если требуется определить полный спектр форм и частот, необходимо применять решение трехмерной задачи. Например, теория Миндлина не [c.196]

Другие динамические теории слоистых пластин, основанные на соотношениях теории упругости и развитые применительно к задачам динамики пластин с изотропными слоями, а также к задачам о распространении волн в трехслойных и двухслойных пластинах, представлены в работах Коббла [51], Арменакаса и Кекка [9], Скотта [129]. В заключение отметим работы Джонса [81, 82], в которых на основе уравнений теории упругости получены точные решения задач о свободных колебаниях ортогонально-армированных и несоосно-армированных слоистых пластин. Эти решения интересны, а также могут быть использованы для оценки точности приближенных теорий типа теории Миндлина. [c.197]

Первая из этих проблем теоретически исследована в работе Стройка [113], в которой получены удобные для применения приближенные уравнения для вычисления комплексных модулей по характеристикам свободных колебаний в произвольных линейных вязкоупругих образцах. Предлагается также метод оценки точности полученного решения. Один из важных результатов относится к точности самих уравнений, обычно используемых для определения комплексных модулей эти уравнения выводятся из элементарного дифференциального уравнения свободных. колебаний, получающегося из соответствующего уравнения для упругого материала при замене упругих постоянных комплексными модулями и податливостями. Хотя в большинстве случаев такое уравнение не является точным, Стройк установил, что для вязкоупругих материалов с малыми тангенсами углов потерь, таких, например, как аморфные полимеры при температуре ниже Tg, эта элементарная теория дает результаты, хорошо согласующиеся с истинными характеристиками. [c.181]

Метод решения аналогичен методу, развитому автором при исследовании установившихся колебаний бесконечно длинных цилиндрических оболочек 10] и цилиндрических оболочек конечной длины 12]. Предполагалось, что устано-виласть стационарная волна. Затем перемещения выражались в виде бесконечного ряда по формам свободных колебаний. Усечение этого ряда производилось на основе анализа кинетической энергии и энергии деформации при всех возможных вариантах взаимодействия между формами движения. В результате находится однородное асимптотическое разложение, при помощи которого учитываются все эффекты,, существенные для первого нелинейного приближения. Решение следует считать точным для динамических процессов, при которых длина волны в продольном направлении не слишком мала по сравнению с радиусом оболочки. [c.64]

Вертикальные колебания покрытия цеха. После установки на заводе нового молота с повышенным числом ударов в минуту появились опасные колебания покрытия цеха, выполненного в виде стальной конструкции шедового типа, несущими элементами которой служили стальные фермы, опирающиеся на стены здания. Размах колебаний покрытия достигал 3 мм при частоте 6 гц, а подвешенных к фермам труб — до 5 мм. Молот был остановлен и действовал только в период измерений. Конструкторское бюро завода, исходя из предположения, что причиной вибраций являются периодические удары молота, запроектировало дорогостоящее усиление покрытия. Обследование показало, однако, что виновником колебаний покрытия оказался плохо уравновешенный тяжелый шкив на подвешенном к покрытию трансмиссионном валу, приводящем в движение новый молот. Число оборотов этого вала точно совпало с основной частотой свободных колебаний покрытия и имел место острый резонанс. Замена приводного мотора на другой, с несколько меньшим числом оборотов в минуту, полностью решила вопрос. На рис. 4 показаны две виброграммы с одинаковым масштабом увеличения. Представитель института, руководивший обследованием, произвел на заводе впечатление волшебника, между тем очевидно, что вопрос был самый элементарный и мог бы быть решен инженерами завода, если бы они владели основами теории колебаний. [c.26]

Пределы применимости теории типа Тимошенко в случае свободных колебаний исследовал также D. Gross [1.184] (1969). Он рассматривал балку-стенку со свободно поворачивающимися концами в рамках теории плоского напряженного состояния и дал подробный анализ такого двумерного решения. Было подтверждено, в частности, что предположение о малости нормальных по толщине напряжений в балочной теории является допустимым, в случае больших длин волн. На фиг. 1.10 приведены результаты точного решения [c.37]

В. Н. Кагпорр и J. С. Fung [1.2181 (1970) исследовали свободные колебания консольных балок Тимошенко переменной толщины. Масса балки принимается сосредоточенной в дискретных точках. Уравнения движения, полученные вариационным путем, записаны в матричной форме. Задача сведена к нахождению собственных значений симметричной матрицы порядка п, где м —число разбиений балки. Построена итерационная схема расчета верхних границ собственных значений. В качестве примера рассчитаны собственные частоты и формы колебаний балки Тимошенко (пять первых частот) и усеченного клина (три первые частоты). Приведены результаты сравнения с известными точными решениями, получено достаточно хорошее совпадение. [c.94]

Фшурирующую здесь функцию В ) - форму поперечных колебаний днища лотка, от которой может зависеть также и напряжение х у, можно задать, например, в ввде первой формы свободных колебаний днища или ашфоксим ующего эту форму подходящего выражения. К уравнению (2.9) необходимо присоедвшпь надлежащие храничные условия (см. ниже). Это урашение, вообще говоря, не допускает точного решения в замкнутой форме его решение можно строить в виде рядов или получать с помощью ЭВМ. [c.313]

Сиу [134] использовал первые два способа определения К при исследовании пластин с симметричным расположением слоев. При различных значениях К на основании уточненной теории Миндлина, распространенной на слоистые пластины, определялась низшая частота собственных колебаний свободно опертой пластины как функция К. Наилучшее значение К было найдено в результате сравнения этой фзгнкции с точным решением Сриниваса, полученным на основании трехмерной теории упругости (см. раздел У1,Б). [c.195]

Точные решения уравнения Бернулли — Эйлера для консольной балки с настроенным демпфером, присоединенным к свободному концу, при действии на этот же конец балки возбуждающей колебания гармонической силы F обсуждались в работах Янга [5.22] и Нашифа [5.23]. Уравнение Эйлера —Бернулли для поперечных колебаний балки имеет вид [c.226]

Кривая А несимметрична, причем особенно значительно нарущение симметрии относительно вертикальной оси. Максимальное и минимальное отклонения системы при ее движении по предельному циклу равны соответственно 0,06 и 0,05 см. Таким образом, центр колебаний несколько смещен в направлении оси у и полуразмах колебаний составляет 0,055 см. Наибольшее значение v = 0,055 см, и максимальная скорость Ищах = vp = = 100-0,055 = 5,5 см/с. Эти результаты удовлетворительно согласуются с решением (VI.6), согласно которому амплитуда автоколебаний а = 0,064 см и максимальная скорость ufflax = а.р = 6,4 см/с, В данном случае более точными следует считать результаты графо-аналитического решения при помощи дельта-метода во всяком случае, оно свободно от произвольного предположения о гармоническом характере процесса, которое было принято в аналитическом решении энергетическим методом. [c.294]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...