Cempel C. - Drgania Mechaniczne. Wprowadzenie.pdf

(6379 KB) Pobierz
POLITECHNIKA POZNAŃSKA
Czesław CEMPEL
DRGANIA MECHANICZNE
WPROWADZENIE
Wydanie drugie poprawione
Poznań
1984
SPIS TREŚCI
Str.
O. Od Autora .......................................................................................................................
1.
Drgania w inżynierii mechanicznej .................................................................................
1.1.
Drgania szkodliwe ....................................................................................................
1.2.
Wykorzystanie drgań w technologii .........................................................................
1.3.
Wykorzystanie drgań w diagnostyce ........................................................................
2. Analiza dynamiczna obiektów mechanicznych ...............................................................
2.1. Modelowanie ............................................................................................................
2.2. Dalsze etapy analizy dynamicznej ...........................................................................
3. Drgania swobodne modelu o jednym stopniu swobody ..................................................
3.1. Drgania translacyjne i skrętne, wymuszone siłowo i kinema-
tycznie ........................................................................................................................
3.2. Drgania swobodne bez tłumienia .............................................................................
3.3. Drgania swobodne tłumione ....................................................................................
4. Drgania wymuszone modelu o JSS .................................................................................
4.1. Modele wymuszeń ...................................................................................................
4.2. Odpowiedź modelu na wymuszenie zdeterminowane .............................................
4.3. Reakcja układu na wymuszenie harmoniczne i okresowe .......................................
4.4. Reakcja drgań, wibroizolacja ...................................................................................
4.5. Reakcja układu na wymuszenie krótkotrwałe ..........................................................
4.6. Reakcja układu na wymuszenie przypadkowe ........................................................
5. Drgania modelu o dwu stopniach swobody (DSS) .........................................................
5.1. Obiekty mechaniczne i ich modele o DSS ..................................................................
5.2. Częstości własne i postacie drgań własnych ...............................................................
5.3.Drgania wymuszone modelu o DSS .............................................................................
5.4. Zastosowania - eliminacja i izolacja drgań ..................................................................
6. Redukcja obiektu mechanicznego do modelu o JSS .......................................................
6.1. Cel i motywacja metod przybliżonych .........................................................................
6.2. Oszacowanie zastępczego tłumienia obiektu ...............................................................
6.3. Metoda Rayleigh'a - zastępcza masa i sztywność ........................................................
6.4. Energia drgań prostych modeli rozciągłych .................................................................
6.5. Układy złożone - metoda Dunkerley-Soutwell
′a
.........................................................
6.6. Dokładność metod przybliżonych ................................................................................
5
7
8
15
16
19
19
24
26
26
28
30
36
36
38
40
46
50
55
60
60
65
68
71
77
77
78
80
82
85
92
Str. 7. Zakończenie..............................................................................................................
95
Literatura .........................................................................................................................
97
Dodatek
D.1. Nomogram drganiowy .............................................................................................
99
D.2. Częstości drgań własnych często spotykanych układów mechanicznych. ..................................100
OD AUTORA
Moje wczesne studia drgań i dynamiki układów, datujące się od lat 60., zawsze
przesłonięte były myślą wynikającą z konfrontacji analizowanego układu rzeczywistego i
jego modelu. Myśl tę można wyrazi w formie pytania “skąd wiadomo,
że
w tym miejscu
modelu ma być sprężyna bądź masa o takiej a takiej wartości"? Pytanie to jak i kwestie
podobnego typu nie znajdywały prostej odpowiedzi w dostępnych podręcznikach z dziedziny
dynamiki układów mechanicznych i drgań, które w większości rozpoczynają wykład od ana-
lizy ruchu układu masa-sprężyna, bez pokazania ważnej drogi modelowania, która wiedzie
od układu rzeczywistego do masy i sprężyny. Lata pracy badawczej i wykładów z różnych
dziedzin dynamiki wyświetliły zwolna ten istotny problem, a prawdziwą ucztą duchową
było studiowanie dwu podręczników, które wreszcie traktowały problem modelowania z
należytą powagą. Są to: R.H.Cannon Jr.; Dynamika układów fizycznych, WNT, Warszawa
1973,
oraz D.Karnopp, R.Rosenberg, System Dynamics: Unified Approach, John Wiley,
New Jork,
1975,
(Dynamika układów w jednolitym podejściu). W mym przekonaniu,
ktokolwiek myśli poważnie o zrozumieniu i zajęciu się dynamiką układów winien
przestudiować te książki w wymienionej wyżej kolejności.
Te przydługie impresje osobiste, podzielane także przez większe grono kolegów
uwikłanych w dynamikę, potrzebne były jako jedna z motywacji napisania tego mini skryptu
w obliczu wielu skryptów i książek dotyczących drgań w piśmiennictwie polskim. Niestety
te bardzo wartościowe skrypty i podręczniki startują z poziomu zadanego modelu układu,
poziomu nie tak
łatwo
osiągalnego przez przeciętnego studenta. Pokonanie tego dystansu
jest jednym z celów tego skryptu. Drugim niemniej ważnym celem jest próba zwięzłego
przedstawienia problematyki drgań mechanicznych (w postaci kilku wykładów) w zakresie
niezbędnym dla przyszłego inżyniera mechanika. Inżyniera bez specjalnych uzdolnień
matematycznych, który chce zrozumieć i wykorzystać zjawiska dynamiczne w otaczającym
nas
świecie.
Trzecim powodem napisania tego skryptu jest chęć przedstawienia studentowi
szerokiej motywacji potrzeby nauczenia się podstaw drgań mechanicznych. Bez znajomości
tych zagadnień nie jest już możliwe nowoczesne konstruowanie, wytwarzanie l eksploatacja
maszyn, urządzeń i pojazdów.
Tak więc adresatem skryptu są studenci kierunku mechanika a także słuchacze studiów i
kursów podyplomowych o profilu: dynamika maszyn, konstrukcji. wibroakustyka,
diagnostyka maszyn, itp..
Prezentowany niżej zakres materiału nie wychodzi poza najbardziej niezbędny i
modelowo ograniczony jest do dwu stopni swobody. W kolejności wykładu znajdziemy tu:
rola drgań w inżynierii mechanicznej; analiza dynamiczna obiektów mechanicznych ;
odpowiedzi własne i wymuszone modelu obiektu mechanicznego o jednym stopniu swobody,
minimalizacja drgań, wibroizolacja;
odpowiedzi własne i wymuszone modelu obiektu o dwu stopniach swobody, eliminacja
drgań; redukcja obiektu rzeczywistego do modelu o jednym stopniu swobody - metody i
techniki obliczeniowe.
Dla opanowania i posługiwania się wiedzą zawartą w skrypcie wystarczą elementarne
wiadomości z mechaniki (np. układanie i rozwiązywanie równań ruchu) oraz wytrzymałości
materiałów (np. obliczanie sztywności bądź ugięcia elementów i ustrojów konstrukcyjnych).
Przydatne jest również ogólne rozeznanie w konstrukcji i sposobie działania maszyn,
urządzeń i pojazdów, a przede wszystkim pewien zapas dobrej woli bez którego nie sposób
nauczyć się czegokolwiek. A propos znajomości konstrukcji i sposobu działania maszyn
warto tu przytoczyć pewne wydarzenie z egzaminu z drgań mechanicznych mające posmak
anegdoty, niestety smutnej. Jedno z zadań brzmiało w skrócie tak: ... wirnik pompy o
podanych uprzednio parametrach masowo-sprężystych (skręcanie), posiada
17 łopatek
i
wykonuje n obr/min. Znaleźć obroty wzbronione pompy ... . Smutne okazało się tutaj
przekonanie wielu zdających egzamin wypływające z nieznajomości konstrukcji i sposobu
pracy pompy,
że
ilość
łopatek
to pułapka na biednych studentów.
Mając nadzieję,
że
zawartość tego skryptu choć w części uchroni studenta i inżyniera
przed podobną nieznajomością podstaw dynamiki układów mechanicznych, oddaję go w
ręce użytkowników, prosząc o uwagi i komentarze.
Autor
Poznań, luty
1981
r.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin