5 Kontinuierliche Schwingungssysteme

Ähnliche Dokumente
6 Eigenlösungen der eindimensionalen Wellengleichung

9 Erzwungene Schwingungen durch verteilte Kräfte

8 Freie Schwingungen kontinuierlicher Systeme

10 Erzwungene Schwingungen durch inhomogene Randbedingungen

D. Bestle Technische Mechanik III Schwingungen und Hydromechanik

D. Bestle Technische Mechanik III Schwingungen und Hydromechanik

Partielle Differentialgleichungen

15 Knickung. Vorüberlegung L 2. Störung durch Auslenkung. Gleichgewichtsbetrachtung L 2 M A. Auslenkmoment Rückstellmoment. L w.

4. Wellenausbreitung

Institut für Technische und Num. Mechanik Technische Mechanik III Prof. Dr.-Ing. Prof. E. h. P. Eberhard WS 08/09 K 2. Aufgabe 1 (5 Punkte)

Lösungen der Übungsaufgaben TM III

Technische Schwingungslehre

Partielle Differentialgleichungen

Biegelinie

Aus diesem Ausdruck erhalten wir zwei unabhängige gewöhnliche lineare Differentialgleichungen für T und X:

2. Lagrange-Gleichungen

ERGEBNISSE TECHNISCHE MECHANIK III-IV Lehrstuhl für Technische Mechanik, TU Kaiserslautern

Hochschule Düsseldorf University of Applied Sciences. 22. Dezember 2016 HSD. Physik. Schwingungen

4. Die ebene Platte. 4.1 Schallabstrahlung von Platten 4.2 Biegeschwingungen von Platten. Prof. Dr. Wandinger 4. Schallabstrahlung Akustik 4.

= = > > Aufgabe 1 (6 Punkte) Institut für Technische und Num. Mechanik Technische Mechanik IV Profs. P. Eberhard / M. Hanss WS 2014/15 K 2

4. Balken. Brücken Tragflügel KFZ-Karosserie: A-Säule, B-Säule Rahmen: Fahrrad, Motorrad. Prof. Dr. Wandinger 2. Festigkeitslehre TM 2.

Biegelinie

Partielle Differentialgleichungen

Übungsaufgaben Mathematik III MST

EINLEITUNG MAGNETSCHWEBETECHNIK

Aufgabe 1 (7 Punkte) y x y x. Prüfungsklausur Technische Mechanik III. Techn. Mechanik & Fahrzeugdynamik

3. Erzwungene gedämpfte Schwingungen

τ 30 N/mm bekannt. N mm N mm Aufgabe 1 (7 Punkte)

2. Elastische Bettung

Mathematik Teil 2: Differentialgleichungen

Motivation. Differentialgleichungen der Kontinuumsmechanik. Inhalt. Modulbeschreibung

TU Dortmund. Vorname: Nachname: Matr.-Nr.: Aufgabe 1 (Seite 1 von 3)

Theoretische Physik: Mechanik

Vorbereitung. (1) bzw. diskreten Wellenzahlen. λ n = 2L n. k n = nπ L

4 Erzwungene Schwingungen konservativer Schwingungssysteme

1. Anfangswertprobleme 1. Ordnung

Musterlösungen (ohne Gewähr)

1. Anfangswertprobleme 1. Ordnung

3.3 Eindimensionale Wellengleichung

TECHNISCHE MECHANIK III (DYNAMIK)

Herbst 2010 Seite 1/14. Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover Klausur Technische Mechanik II für Maschinenbau. Musterlösungen (ohne Gewähr)

Kontinuierliche Systeme und diskrete Systeme

11. Stabilitätsprobleme

9 Mehrkörpersysteme. Anwendungsbeispiele

Das Geheimnis. der Kaffeetasse

Probestudium der Physik 2011/12

- 1 - angeführt. Die Beschleunigung ist die zweite Ableitung des Ortes x nach der Zeit, und das Gesetz lässt sich damit als 2.

2. Physikalisches Pendel

Kleine Schwingungen vieler Freiheitsgrade

Name: Gruppe: Matrikel-Nummer: Aufgabe Punkte

Wellengleichung. Johannes Wallmann. 23. Juni 2015

7.2 Die Wellengleichung

Übungen zu Lagrange-Formalismus und kleinen Schwingungen

Schallgeschwindigkeit in Gasen ******

Euler-Bernoulli-Balken

11 Balkenbiegung Technische Mechanik Balkenbiegung

Kapitel 5: Mechanische Wellen

Übung zu Mechanik 4 Seite 28

Elastizität Hooke sches Gesetz

Aufgabe 1: (18 Punkte)

Kleine Schwingungen vieler Freiheitsgrade

Kapitel 5: Mechanische Wellen

Erstabgabe Übung nicht abgegeben

Die Lösungen einer autonomen Differentialgleichung zweiter Ordnung,

C7 Differentgleichungen (DG) C7.1 Definition, Existenz, Eindeutigkeit von Lösungen Motivation: z.b. Newton 2. Gesetz: Ort: Geschwindigkeit:

Differenzialgleichungen erster Ordnung

Formelsammlung. Physik. [F] = kg m s 2 = N (Newton) v = ṡ = ds dt. [v] = m/s. a = v = s = d2 s dt 2 [s] = m/s 2. v = a t.

Versuchsprotokoll: Modellierung molekularer Schwingungen

System von n gewöhnlichen DG 1. Ordnung hat die allgemeine Form:

Technische Mechanik III Übung WS 2004 / Klausur Teil 2. Linz, 21. Jänner Name: Vorname: Matrikelnummer: Studienkennzahl: Unterschrift:

A 2. c 11. Aufgabe 1 (12 Punkte) Institut für Technische und Num. Mechanik Technische Mechanik IV Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. P. Eberhard SS 2010 P 1

2. Lagrange-Gleichungen

15 Eindimensionale Strömungen

Die Differentialgleichung :

Probe-Klausur Technische Mechanik B

12 Gewöhnliche Differentialgleichungen

Probestudium der Physik 2011/12

5.2 Mechanische Wellen

Technische Universität Wien Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik. SCHRIFTLICHE PRÜFUNG zur VU Modellbildung am 1.12.

Universität Karlsruhe Klassissche Theoretische Physik II (Theorie B) Sommersemester 2009 V: PD. Dr. M. Eschrig Ü: Dr. habil. W.

20. Partielle Differentialgleichungen Überblick

Inhaltsverzeichnis. Vorwort. 1 Statik des starren Körpers 1

Inhaltsverzeichnis. 1 Fragestellungen der Dynamik... 1

Differentialgleichungen 2. Ordnung

Differentialgleichungen sind überall!

k = 1, 2,..., n (4.44) J k ϕ

Potentielle Energie, P.d.v.K. und P.d.v.V.

Kapitel 8: Gewöhnliche Differentialgleichungen 8.1 Definition, Existenz, Eindeutigkeit von Lösungen Motivation: z.b. Newton 2.

Technische Schwingungslehre Prof. Dr.-Ing. habil. Michael Hanss. Aufgabensammlung mit Kurzlösungen

Technische Universität Wien Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik. SCHRIFTLICHE PRÜFUNG zur VU Modellbildung am

Gewöhnliche Differentialgleichungen Woche 1

4.6 Schwingungen mit mehreren Freiheitsgraden

Differentialgleichungen. Aufgaben mit Lösungen. Jörg Gayler, Lubov Vassilevskaya

Gewöhnliche Differentialgleichungen Aufgaben, Teil 1

ERGEBNISSE TECHNISCHE MECHANIK III-IV Lehrstuhl für Technische Mechanik, TU Kaiserslautern

Partielle Differentialgleichungen Prüfung am

Transkript:

31 Die bisher betrachteten diskreten Schwingungssysteme bestehen aus konentrierten massebehafteten Körpern, die an diskreten Stellen über Bindungen gekoppelt sind und damit über eine endliche Zahl f von unabhängigen Bewegungsfreiheiten verfügen. Diese lassen sich durch f verallgemeinerte Koordinaten beschreiben. Bei der Modellbildung erhält man eine dem Freiheitsgrad entsprechende Zahl von gewöhnlichen Differentialgleichungen weiter Ordnung, die für kleine Auslenkungen linearisiert werden können. Zusammen mit Bedingungen für die Anfangslage und -geschwindigkeit bilden sie ein Anfangswertproblem, dessen ösung sich als Superposition von Eigenlösungen darstellen lässt. Näherungsweise können damit auch Systeme mit verteilter Massen- und Steifigkeitsbelegung wie elastische Stäbe oder Balken modelliert werden, indem man diese in endliche Abschnitte diskretisiert, die selbst unverformbar sind und sich relativ ueinander bewegen können. Die Kopplung erfolgt über geeignete Bindungen und diskrete Steifigkeiten. Eine solche Modellierung wird umso genauer, je feiner diskretisiert wird, wodurch der Freiheitsgrad f wächst. Im Grenübergang f u einer eakten Modellierung kontinuierlicher Schwinger sind die verallgemeinerten Koordinaten durch stetige Verformungsfunktionen in Abhängigkeit des Ortes und der Zeit u erseten, die gewöhnlichen Differentialgleichungen gehen in partielle Differentialgleichungen beüglich Ort und Zeit über. Zur eindeutigen Festlegung des kontinuierlichen Schwingers sind die Anfangsbedingungen für die Verformungsfunktionen um problemspeifische Randbedingungen u ergänen. Typische Vertreter für eindimensionale kontinuierliche Schwinger sind die gespannte Saite, Stäbe mit ängs- und Torsionsschwingungen sowie Balken mit Transversalschwingungen.

32 5.1 Transversalschwingungen einer Saite Annahmen vorgespanntes, fadenförmiges Kontinuum (Dichte, Querschnitt A, Vorspannkraft S) w(, t) S biegeschlaff Vernachlässigung des Eigengewichts kleine Auslenkungen w Bewegungsgleichungen Momentaufnahme für einen gegebenen Zeitpunkt t Vereinfachung für kleine Auslenkungen w : w dw d tan 1 S w dl d d S ds sin w, cos 1 dl cos d d Vernachlässigung der Verschiebung in -Richtung ẇ. 2 w(, t) t 2, w 2 w(, t) 2 eindimensionale Wellengleichung ẇ. c 2 w mit c S A

33 Anfangsbedingungen Festlegen der Auslenkung an allen Orten für einen bestimmten Anfangseitpunkt t age: w(,) w () Geschwindigkeit: ẇ(,) ẇ () S Randbedingungen Festlegen der Auslenkung bw. Steigung an bestimmten Orten für alle Zeiten fester Rand freier Rand

34 5.2 ongitudinalschwingungen eines Stabes Annahmen homogener Stab (Dichte, Querschnitt A, Elastiitätsmodul E) Hooke sche Geset E u(, t) Bewegungsgleichungen Momentaufnahme für einen gegebenen Zeitpunkt t u N N dn d u du u.. 2 u(, t) t 2, u 2 u(, t) 2 eindimensionale Wellengleichung u.. c 2 u mit c E Anfangsbedingungen age: Geschwindigkeit: u(,) u () u. (,) u. () Randbedingungen fester Rand freier Rand

35 5.3 Torsionsschwingungen eines Rundstabes Annahmen homogener Stab (Dichte, Querschnitt A, polares Flächenträgheitsmoment I p, Schubmodul G) (, t) Hooke sche Geset G Bewegungsgleichungen Momentaufnahme für einen gegebenen Zeitpunkt t M d d M dm.. 2 (, t) t 2, 2 (, t) 2 eindimensionale Wellengleichung.. c 2 mit c G Anfangsbedingungen age: Geschwindigkeit: (,) (). (,). () Randbedingungen fester Rand freier Rand

36 5.4 Biegeschwingungen eines Balkens Annahmen schlanker Balken h (Dichte, Querschnitt A, aiales Flächenträgheitsmoment I, Elastiitätsmodul E) w(, t) Vernachlässigung der Schubverformung (Euler-Bernoulli-Balken) Vernachlässigung des Eigengewichts kleine Auslenkungen w Bewegungsgleichungen Momentaufnahme für einen gegebenen Zeitpunkt t d Vereinfachung für kleine Auslenkungen w : w dw tan 1 d cos 1 dl d M Q w dl Q dq M dm d Vernachlässigung des Massenträgheitsmoments ẇ. 2 w(, t) t 2, w IV 4 w(, t) 4 ẇ. EI A wiv

37 Anfangsbedingungen age: Geschwindigkeit: w(,) w () ẇ(,) ẇ () Randbedingungen feste Einspannung gelenkige agerung freier Rand

38