HTL Kapfenberg pc_reifeprüfungsaufgaben_ma_11_bsp.31.mcd Seite 1 von 7

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1 HTL Kapfenberg p_reifeprüfungsaufgaben_ma Bsp.3.m Seie von 7 Angaben zu Aufgabe 3: Ein shwingfähiges mehanishes Sysem is mi einem geshwinigeisproporionalem Dämpfer ausgesae. Folgene in iesem Zusammenhang aufreene Fragen sin zu beanworen. 3. Sellen Sie ie Differenzialgleihung ieses Shwingungsvorganges auf, wenn eine onsane äußere Kraf wir. Wie sin ie Ablingonsane, ie Eigenreisfrequenz ω efinier un was sag er Dämpfungsgra D aus? 3. Lösen Sie ie Differenzialgleihung (ennehmen Sie ie Daen aus er Tabelle) für ie folgene Anfangsbeingungen x() un v() v, wobei so besimm weren soll, ass sih er Kriehfall ergib. 3.3 Besimmen Sie en Zeipun max, an em y h () en maximalen Wer erreih. Sellen Sie x p (), x h () un x() mi Hilfe von Maha in [ 5 max ] graphish ar. in N/m m in g in N D v in m/s Die beien Sizzen sellen ie Problemsellung inlusive Freishni ar. Die Kraf F ann von beliebiger Ar sein. (In iesem Teil er Aufgabe is F von er Form onsan m x F() x x x F rafgeseuere angefahe Shwingung Freishni. Teil: Die Bewegungsgleihung ergib sih aus em Freishni zu (F() (onsan)): x'' x' x Maha ann leier ie gängige Bezeihnung für ie Ableiung nah er Zei (mi Pun) nih arsellen; aher x un x (erhäl man shnell über STRG F7) x'' x' x erhäl man urh Division mi Rolan Pihler 4

2 HTL Kapfenberg p_reifeprüfungsaufgaben_ma Bsp.3.m Seie von 7 mi ω (Eigenreisfrequenz) un (Ablingoeffizien) x'' x' ω x Die DGL lieg nun in er Tehni üblihen Shreibweise vor. Der Dämpfungsgra D gib Ausunf arüber, wie sih as shwingfähige Sysem verhäl ω ω > as heiß D > sare Dämpfung (Kriehfall) ω as heiß D aperioisher Grenzfall ω < as heiß < D < shwahe Dämpfung (Shwingfall) Zuers besimm man ie allgemeine Lösung er homogenen Gleihung mi Hilfe es Ansazes e λ Ansaz: e λ eλ e λ ( ) λ exp λ ( ) λ exp λ In DGL eingesez liefer as folgene Gleihung: λ λ ω eλ λ λ ω auflösen, λ araus folg, a e λ für enlihe λ un is. ω ω Eine ewas anere Shreibweise liefer: λ ω un λ ω Die allgemeine Lösung x h () ha nun folgenes Aussehen, wobei er Ausru uner er Wurzel > sein muss (Kriehfall); ie beien Konsane C un C sin noh unbesimm Rolan Pihler 4

3 HTL Kapfenberg p_reifeprüfungsaufgaben_ma Bsp.3.m Seie 3 von 7 ω x h ( ) C e ω C e Die pariuläre Lösung erhäl man urh en Ansaz a, er sih aus er Sörfunion is onsan ergib. Einsezen in ie DGL liefer: a a ω a auflösen, a x h ( ) ω C e ω C e Lösung er DGL (ohne Anfangsbeingungen) Durh ie Anfagsbeingungen weren ie Konsanen C un C berehne; es gil:. Anfangsbeingung: x(). Anfangsbeingung: v() v. Anfangsbeingung ω C e C e ω glei, 4 C C C. Anfangsbeingung ω C e C e ω v C.. ω C.. ω v C glei, 3. Rolan Pihler 4

4 HTL Kapfenberg p_reifeprüfungsaufgaben_ma Bsp.3.m Seie 4 von 7 Das Gleihungssysem für C un C wir nun gelös Vorgabe C C C ω C. ω v Suhen( C, C ) glei, 3.. ω.5. ω. v.. ω v.5. ω Ersezen von C un C urh ie gefunenen Were liefer nun folgene Funion:. C.5 ω C e ω C e. C.5.. ω. v ω.5 exp ω. ω Rolan Pihler 4

5 HTL Kapfenberg p_reifeprüfungsaufgaben_ma Bsp.3.m Seie 5 von 7 Die homogene Lösung soll nun graphish argesell weren. : N m :.5g Daen von Feer un Masse v :.3 m s Anfangsgeshwinigei ω : ω 6Hz Berehnung er Eigenreisfrequenz D :.5 Annahme, ami Kriehfall einri D ω auflösen, glei, 5 N mg s auflösen, glei, g s Berehnung von : s Definiion von un für raphishe Darsellung : g s v x h ( ).5 exp. v. ω :.5 exp.. ω. ω : s,.s...5s x h ( ) mm s Rolan Pihler 4

6 HTL Kapfenberg p_reifeprüfungsaufgaben_ma Bsp.3.m Seie 6 von 7 graphishe Darsellung er pariulären Lösung: :.5N Angabe für : mm s Berehnung für en Zeipun max, in em ie Auslenung x h () en größen Wer annimm. Dazu bile man ie erse Ableiung von x h () un sez iese null v.5 exp. v. ω.5 exp.. ω. ω max :. ln ω ω. ω ω max.36s Rolan Pihler 4

7 HTL Kapfenberg p_reifeprüfungsaufgaben_ma Bsp.3.m Seie 7 von 7 Darsellung von x(), x h () un x p () in einem Graphen für s max :.. ω. v ω.5 exp.. ω. ω : s,.s.. 5 max x h ( ) x h ( max ) ,,, max zurü zur Saraei Rolan Pihler 4