Tải bản đầy đủ (.pdf) (16 trang)

Đề thi động lực công trình

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (209.71 KB, 16 trang )

1
Đề BI:


S
2
S
3
S
1
EJ=Const
M
2M
M
A
B
a a
a a a

YÊU CầU:
1, Xác định tần số v dạng dao động riêng?
2, Xác định ma trận xung khai triển theo các dạng dao động riêng? Khi hệ chịu
véctơ xung bên ngoi tác dụng vo hệ l:

{}
S
5,1
1
1
S
S


S
S
3
2
1










=










=

3, Xác định véctơ chuyển vị tại các khối lợng?
4, Xác định véctơ lực đn hồi (tơng ứng với trạng thái động) ?

5, Xác định mô men uốn tại A, B theo thời gian?
6, Vẽ đồ thị mô men uốn theo thời gian tại điểm A: M
A
(t) khi hệ chịu tác dụng
xung trong khoảng thời gian t = 2T
1
(T
1
l chu kỳ dao động riêng dạng thứ nhất)
Số liệu:
S = 1 KNs
E = 2,1.10
4
KN/cm
2

J = 8880 cm
4
M = 1 KNs
2
/m = 1.10
-2
KNs
2
/cm
a = 2 m= 2.10
2
cm




2
Bi lm


1. Xác định tần số và dạng dao động riêng:

a, Xác định ma trận khối lợng
[]
M
v ma trận mềm
[]
F
:
Ta thấy, hệ có 3 bậc tự do nên:
Ma trận khối lợng
[]
M sẽ l:
[]










=











=
100
020
001
M
m00
0m0
00m
MM
3
2
1

V ma trận mềm
[]
F :
[]














=













=
1161,01025,00294,0
1025,01682,00587,0
0294,00587,01226,0
EJ
a

F
3
333231
232221
131211

Trong đó: Các chuyển vị đơn vị
ki

đợc xác định theo công thức nhân
biểu đồ Vêrêsaghin từ các biểu đồ mô men đơn vị (Hình 1):
(
)
(
)



















++
++++
++
=
==
)a0011,0*a0011,0a0832,0*
3
2
*a0832,0(a
2
1
a0836,0*
3
2
*a0836,0*a
2
1
a0011,0*a*a0011,0a0857,0
3
2
*a0857,0*a
2
1
a
0857,0*a0857,0*a
)a1704,0*
3

2
*a1704,0a04148*
3
2
*a04148,0(a
2
1
a04148*
3
2
*a04148,0*a
2
1
EJ
1
MM
1111
=0,1226
EJ
a
3

(
)
(
)
=



















++
+++
+++
=
==
)a0358,0*
3
2
*a0358,0a3290,0*
3
2
*a3290,0(a
2
1
a0358,0*a0358,0*a

a3664,0*
3
2
*a3664,0*a
2
1
)a2314,0
3
2
*a2314,0
a4022,0*
3
2
*a4022,0(a
2
1
a2314,0*a2314,0*aa1157,0*
3
2
*a1157,0,0*a
2
1
a1157,0*
3
2
*a1157,0*a
2
1
EJ
1

MM
2222
=0,1682
EJ
a
3


3

(
)
(
)



















−+
+++
+−+
=
==δ
)a2970,0
3
2
*a2970,0a4955,0*
3
2
*a04955,0(a
2
1
a00896,0*a*a0896,0a0274,0
3
2
*a2074,0*a
2
1
)a0896,0*
3
2
*a0896,0a1176,0*
3
2
*a1176,0(a
2

1
a1176,0*
3
2
*a1176,0*a2*
2
1
EJ
1
MM
3333

=0,1161
EJ
a
3
()()

























+−
−−+−
++−
−−−
==δ=δ
a3290,0*a0832,0*a
2
1
a0358,0*a0857,0*a
2
1
a0857,0*
3
2
*a3664,0*a
2
1
a0857,0*a4022,0*a
2

1
a0587,0*
a2314,0*a*
2
1
a4022,0*
3
1
*a0857,0*a
2
1
)a3664,0*
3
2
*a0857,0*a
2
1
()a1157,0*a1704,0*a
2
1
a1157,0*a4148,0*a
2
1
(
)a1704,0
3
2
*a1157,0a4148,0*
3
1

*a1157,0(a
2
1
a4148
,0*
3
2
*a1157,0*a
2
1
EJ
1
MM
212112

=-0,0587
EJ
a
3

(
)
(
)






























+−
−−+−
+−+
+−−
==δ=δ
a0832,0*
3

2
*a4955,0*a
2
1
a0832,0*
3
1
*a2970,0*a
2
1
a0896,0*a0857,0*a
2
1
0857,0*
3
1
*a2074,0*a
2
1
a0857,0*
a0896,0*a
2
1
a0857,0*a1176,0*a
2
1
a1704,0*
3
1
*a0896,0*a

2
1
a0847,0*
2
1
*a1176,0*a
3
2
)a0589,0*a1704,0a0589,0*a4148,0(a
2
1
a1704,0
3
2
*a0589,0*a
2
1
a4148,0*
3
1
*a0589
,0*a
2
1
a0589,0*
3
2
*a4148,0*a
2
1

EJ
1
MM
313113
= - 0,0294
EJ
a
3



4
(
)
(
)



















−++
+−+
−+
==δ=δ
a2970,0*a
3
1
a4955,0*
3
2
(a329,0*a
2
1
a2074,0*
3
1
*a4022,0*a
2
1
a896,0*a4022,0*a
2
1
)a896,0*a2314,0*
3
1
a0896,0

*a4022,0*
3
2
a11176,0
3
1
*a4022,0a1176,0*
3
2
*a2314,0(a
2
1
a2314,0*
3
2
*a1176,0*a2*
2
1
EJ
1
MM
323223

= 0,1025
EJ
a
3

P
1

=1
P
2
=1
P
3
=1
O,2314
0,1157
0,4022
0,3290
0,1176
0,0896
0,2970
0,4955
0.0589
0,1704
0,4148
0,0857
0,0011
0,0832
0,0358
M
1
M
2
M
3



H×nh 1: BiÓu ®å m« men ®¬n vÞ


5
b, Xác định tần số dao động riêng

:
Phơng trình tần số viết ở dạng ma trận:

[][ ] []
0*
1
*
2
= EMF


Thay số vo cho ta:

u116143,0205080,00293788,0
102540,0u336349,00586946,0
029378,0117389,0u122576,0
EJ
Ma
3



= 0 ;
Với:

23
Ma
EJ
u

=
(1)
Khai triển định thức ta đợc:
-u
3
+ 0,57507u
2
- 0,065747u + 0,0018275 = 0
Giải phơng trình ny cho ta nghiệm:






=
=
=
0423,0u
0998,0u
4330,0u
3
2
1


Thế các giá trị u vừa tìm đợc vo biểu thức (1) cho ta các giá trị

tơng
ứng cần tìm:






=
=
=
3746,73
8126,152
7919,234
3
2
1
(s
-1
)
Với:
E = 2,1.10
4
KN/cm
2

J = 8880 cm
4

M = 1 KNs
2
/m = 1.10
-2
KNs
2
/cm
a = 2m = 2.10
2
cm

c, Xác định dạng dao động riêng
[]

:
+ Dạng dao động riêng đợc xác định dới dạng ma trận theo công thức:

{}
[]
{}
1
1
11
*
BB
i

=



Thay số vo cho ta:
6

{}























−−=ϕ

0293788,0

0586946,0
u116143,0205080,0
102540,0u336349,0
1
*
i

(2)
* i=1; thay u
1
= 0,9111 vμo biÓu thøc (2), cho ta:

{}









5527,1
2555,2
*
1



{}


















5527,1
2555,2
1
1
(*)
* i=2; thay u
2
= 0,3048 vμo biÓu thøc (2), cho ta:

{}








2964,0
1197,0
*
2




{}











2964,0
1197,0
1
2
(**)
* i=3; thay u

3
= 0,049 vμo biÓu thøc (2), cho ta:

{}








9211,4
9156,1
*
3




{}













9211,4
9156,1
1
3
(***)
+ Ma trËn c¸c d¹ng dao ®éng:
Gép vμo ma trËn c¸c d¹ng dao ®éng riªng cña hÖ;
Tõ (*),(**),(***):

[]
{}{}{}
[]
==Φ
321
ϕ
ϕ
ϕ











−−

9211,42964,05527,1
9156,11197,02555,2
0000,10000,10000,1

7
+ KiÓm tra ®iÒu kiÖn trùc giao c¸c d¹ng dao ®éng riªng:

{}
[]
{}
21
ϕϕ
M
T
=
{}
0000008724,0
2964,0
1197,0
0000,1
M
100
020
001
5527,12555,20000,1 ≈−=





















−−


{}
[]
{}
31
ϕϕ
M
T
=
{}
000005624,0

9211,4
9156,1
0000,1
M
100
020
001
5527,12555,20000,1 ≈−=





















−−



{}
[]
{}
1
T
2
M ϕϕ =
{}
0000008724,0
5527,1
2555,2
0000,1
M
100
020
001
2964,01197,0000,1 ≈=
























{}
[]
{}
1
T
3
M ϕϕ =
{}
000005624,0
5527,1
2555,2
0000,1
M
100
020
001
9211,49156,1000,1 ≈−=

























{}
[]
{}
3
T
2
M ϕϕ

=
{}
0000005018,0
9211,4
9156,1
0000,1
M
100
020
001
2964,01197,0000,1 ≈=























{}
[]
{}
2
T
3
M ϕϕ
=
{}
0000005018,0
2964,0
1197,0
0000,1
M
100
020
001
9211,49156,1000,1 ≈=
























=> Nh− vËy ®iÒu kiÖn trùc giao ®−îc tháa m·n.
+ ThÓ hiÖn c¸c d¹ng dao ®éng riªng b»ng h×nh vÏ (H×nh 2):

8
ϕ
1
1,00
2,255
1,552
B

B
ϕ
2
1,00
0,119

0,296

B
ϕ
3
1,00
1,915
4,921

H×nh 2: BiÓu ®å c¸c d¹ng dao ®éng riªng
d/ ChuÈn hãa c¸c d¹ng dao ®éng riªng:
{}
[]
{}{ }
M5851,13
5527,1
2555,2
0000,1
M
100
020
001
5527,12555,20000,1Ma
1
T
1
2
1
=























−−=ϕϕ=


M6858,3a
1
=

{}
[]

{}{ }
M1143,1
2964,0
1197,0
0000,1
M
100
020
001
2964,01197,0000,1Ma
2
T
2
2
2
=





















=ϕϕ=


M0566,1a
2
=

9
{}
[]
{}{ }
M5562,32
9211,4
9156,1
0000,1
M
100
020
001
9211,49156,1000,1Ma
3
T
3
2

3
=





















−=ϕϕ=

M7058,5a
3
=

+ D¹ng dao ®éng riªng chuÈn:

{}











−=











−=












−=ϕ
4213,0
6119,0
2713,0
M
1
5527,1
2555,2
0000,1
M6858,3
1
5527,1
2555,2
0000,1
a
1
1
ch,1

{}











=










=











2805,0

1133,0
9464,0
M
1
2964,0
1197,0
0000,1
M0566,1
1
2964,0
1197,0
0000,1
a
1
2
ch,2

{}











=












=












8625,0
3357,0
1753,0
M
1
9211,4

9156,1
0000,1
M7058,5
1
9211,4
9156,1
0000,1
a
1
3
ch,3


[]










−−
−=Φ⇒
8625,02805,04213,0
3357,01133,06119,0
1753,09464,02713,0
M

1
ch

+ KiÓm tra ®iÒu kiÖn trùc chuÈn:
[][][]
M
100
020
001
8625,02805,04213,0
3357,01133,06119,0
1753,09464,02713,0
M
1
8625,03357,01753,0
2805,01133,09464,0
4213,06119,02713,0
M
1
M
ch
T
ch





















−−












−−
=
=ΦΦ


=










=










100
010
001
00000,100000,0000000,0
00000,000000,100000,0
00000,000000,000000,1

VËy ®iÒu kiÖn trùc chuÈn ®−îc tháa m·n.






10
2. Xác định ma trận xung khai triển theo các dạng dao động riêng:

Khi hệ chịu véctơ xung bên ngoi tác dụng vo:

{}
S
5,1
1
1
S
S
S
S
3
2
1











=










=
Với S = 1 KNs
Xác định véctơ xung khai triển từ ma trận các dạng dao động riêng đã
đợc chuẩn hóa.
a, Véctơ xung khai triển vo các dạng dao động riêng:
Đợc xác định theo công thức:

{}
{}
{}
[]
{}
chi
T
chii
MSS
,,


=

- Với i = 1 ta có:
{}
{}
{}
[]
{}
ch
T
ch
MSS
,1,11

=

{}

































=
4213,0
6119,0
2713,0
M
1
M
100
020
001

S
5,1
1
1
4213,06119,02713,0
M
1

Với S = 1 KNs thì:
{}
1
S











=
4097,0
1902,1
2639,0

- Với i = 2 ta có:
{}

{}
{}
[]
{}
ch
T
ch
MSS
,2,22

=

{}































=
2805,0
1133,0
9464,0
M
1
M
100
020
001
S
5,1
1
1
2805,01133,09464,0
M
1


Với S = 1 KNs thì:
{}
2
S










=
4152,0
3353,0
4010,1

- Với i = 3 ta có:
{}
{}
{}
[]
{}
ch
T
ch
MSS

,3,33

=

{}
































=
8625,0
3357,0
1753,0
M
1
M
100
020
001
S
5,1
1
1
8625,03357,01753,0
M
1

Với S = 1 KNs thì:
{}
3
S













=
6751,0
5256,0
1372,0

11
b, Ma trận xung khai triển:

[]













=










=
6751,0
5256,0
1372,0
4152,0
3353,0
4010,1
4097,0
1902,1
2639,0
SSS
SSS
SSS
S
333231
232221
131211
KTr


c, Kiểm tra ma trận xung khai triển theo hng k:

321
3
1
kkk
i
kik
SSSSS ++==

=

Với i = 1:

199999,0)1372,04010,12639,0(SSSS
1312111
=+=++=

Với i = 2:

00000,1)5256,03353,01902,1(SSSS
2322212
=+=++=

Với i = 3:

5,1)6751,04152,04097,0(SSSS
3332313
=++=++=


Nh vậy l ma trận xung khai triển đúng.

3, Xác định véctơ chuyển vị tại các khối lợng:

Véctơ chuyển vị tại các khối lợng đợc xác định theo công thức:
()
{}
[][ ]
(){}
tKSMy
aiKTrt
1
=

Trong đó:
+
[]
M l ma trận khối lợng:

[]











=










=
100
020
001
M
m00
0m0
00m
MM
3
2
1

+
[]
KTr
S l ma trận xung khai triển:
[]













=










=
6751,0
5256,0
1372,0
4152,0
3353,0
4010,1

4097,0
1902,1
2639,0
SSS
SSS
SSS
S
333231
232221
131211
KTr

+
(){}
tK
ai
l véctơ có các phần tử l K
ai
(t), i = 1, 2, 3
K
ai
(t)=
i
i
t


sin

* i = 1;

1
1
s7919,234

=
ta có:
K
a1
(t)=
7919,234
t7919,234sintsin
1
1
=



12
* i = 2;
1
2
s8186,152

= ta có:
K
a2
(t)=
8186,152
t8186,152sintsin
2

2
=



* i = 3;
1
3
s3746,73

=
ta có:
K
a3
(t)=
3746,73
t3746,73sintsin
3
3
=



K
ai
(t) =
()
()
()



















=










3746,73
t3746,73sin

8186,152
t8186,152sin
7919,234
t7919,234sin
tK
tK
tK
3a
2a
1a

Từ đó:
()
{
}
t
y
=
1
100
020
001
























6751,0
5256,0
1372,0
4152,0
3353,0
4010,1
4097,0
1902,1
2639,0



















3746,73
t3746,73sin
8186,152
t8186,152sin
7919,234
t7919,234sin














++
+
+
=
t792,234sin287524,0t813,152sin271722,0t3746,73sin558358,0
t792,234sin111920,0t813,152sin109716,0t3746,73sin811071,0
t792,234sin058271,0t813,152sin916836,0t3746,73sin359603,0

Kết luận: Véctơ chuyển vị tại các khối lợng l:
()
{
}
t
y
=
()
()
()










ty

ty
ty
3
2
1










++
+
+
=
t792,234sin287524,0t813,152sin271722,0t3746,73sin558358,0
t792,234sin111920,0t813,152sin109716,0t3746,73sin811071,0
t792,234sin058271,0t813,152sin916836,0t3746,73sin359603,0


4, Xác định véctơ lực đàn hồi:


Véctơ lực đn hồi đợc xác định theo công thức:

(){}

tP
d
=
[]
KTr
S
(){}
tK
i

Trong đó:
+
[]
KTr
S l ma trận xung khai triển:
13
[]











−−
=











=
6751,0
5256,0
1372,0
4152,0
3353,0
4010,1
4097,0
1902,1
2639,0
SSS
SSS
SSS
S
333231
232221
131211
KTr

+

(){}
tK
i
lμ vÐct¬ cã c¸c phÇn tö lμ K
i
(t), i = 1, 2, 3
K
i
(t) =
t
ii
ω
ω
sin

* i = 1;
1
1
ts7919,234

=ω ta cã:
K
1
(t) = t
11
sin
ω
ω
= 7919,234 sin t7919,234
* i = 2;

1
2
s8186,152

=ω ta cã:
K
2
(t) =
t
22
sin
ω
ω
= 8186,152 sin 8186,152 t
* i = 3;
1
3
s3746,73


ta cã:
K
3
(t) =
t
33
sin
ω
ω
=

3746,73
sin
3746,73
t
⇒ K
i
(t) =
()
()
()










=











t3746,73sin3746,73
t8186,152sin8186,152
t7919,234sin7919,234
tK
tK
tK
3
2
1

Tõ ®ã:
(){}
tP
d
=











−−
6751,0
5256,0

1372,0
4152,0
3353,0
4010,1
4097,0
1902,1
2639,0










t3746,73sin3746,73
t8186,152sin8186,152
t7919,234sin7919,234













++
−+
−+−
=
t792,234sin304,158t813,152sin4518,63t3746,73sin0611,30
t792,234sin397,123t813,152sin2411,51t3746,73sin3334,87
t792,234sin2092,32t813,152sin097,214t3746,73sin3604,19

KÕt luËn: VÐct¬ lùc ®μn håi lμ:
(){}
tP
d
=
()
()
()










tP
tP

tP
3d
2d
1d










++
−+
−+−
=
t792,234sin304,158t813,152sin4518,63t3746,73sin0611,30
t792,234sin397,123t813,152sin2411,51t3746,73sin3334,87
t792,234sin2092,32t813,152sin097,214t3746,73sin3604,19










14
5, X¸c ®Þnh m«men uèn t¹i A,B:

P
1
=1
P
2
=1
P
3
=1
O,2314
0,1157
0,4022
0,3290
0,1176
0,0896
0,2970
0,4955
0.0589
0,1704
0,4148
0,0857
0,0011
0,0832
0,0358
M
1
M

2
M
3

H×nh 3: BiÓu ®å m« men ®¬n vÞ
a, M« men uèn t¹i A:

()
{}
()
()
()










=
tP
tP
tP
MMMtM
3d
2d
1d

3A2A1AA

Trong ®ã:
*
(){}
tP
d
=
()
()
()










tP
tP
tP
3d
2d
1d











++
−+
−+−
=
t792,234sin304,158t813,152sin4518,63t3746,73sin0611,30
t792,234sin397,123t813,152sin2411,51t3746,73sin3334,87
t792,234sin2092,32t813,152sin097,214t3746,73sin3604,19

* C¸c gi¸ trÞ
()
1A
M ,
(
)
2A
M
,
()
3A
M
lμ c¸c gi¸ trÞ m« men uèn t¹i ®iÓm A ®−îc x¸c
®Þnh tõ biÓu ®å m« men ®¬n vÞ (H×nh 3):
15

()
a0857,0M
1A
−= ;
(
)
a4022,0M
2A
= ;
()
a0896,0M
3A
=
() { }
*a0896.0a4022,0a0857,0tM
A
−=










++
−+
−+−

t792,234sin304,158t813,152sin4518,63t3746,73sin0611,30
t792,234sin397,123t813,152sin2411,51t3746,73sin3334,87
t792,234sin2092,32t813,152sin097,214t3746,73sin3604,19

Thay a = 200 vμo cho ta kÕt qu¶:

()
t792,234sin59,6533t813,152sin27,1589t3746,73sin63,7895tM
A
+−−=

b, M« men uèn t¹i B:
Hoμn toμn t−¬ng tù t¹i A, m« men uèn t¹i B ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau:

()
{}
()
()
()










=

tP
tP
tP
MMMtM
3d
2d
1d
3B2B1BB

Trong ®ã:
*
(){}
tP
d
=
()
()
()










tP
tP

tP
3d
2d
1d










++
−+
−+−
=
t792,234sin304,158t813,152sin4518,63t3746,73sin0611,30
t792,234sin397,123t813,152sin2411,51t3746,73sin3334,87
t792,234sin2092,32t813,152sin097,214t3746,73sin3604,19

* C¸c gi¸ trÞ
()
1B
M ,
()
2B
M ,
()

3B
M
lμ c¸c gi¸ trÞ m« men uèn t¹i ®iÓm B còng ®−îc
x¸c ®Þnh tõ biÓu ®å m« men ®¬n vÞ (H×nh 3):
()
a0832,0M
1B
=
;
()
a3290,0M
2B
−=
;
()
a4955,0M
3B
−=

() { }
*a4955,0a3290,0a0832,0tM
B
−−=











++
−+
−+−
t792,234sin304,158t813,152sin4518,63t3746,73sin0611,30
t792,234sin397,123t813,152sin2411,51t3746,73sin3334,87
t792,234sin2092,32t813,152sin097,214t3746,73sin3604,19

Thay a = 200 vμo cho ta kÕt qu¶:
()
t)*2sin(234.79*8124.18t)*3sin(152.81*6097.16t)*6sin(73.374*9047.76tM
B
++=









16
6, Vẽ đồ thị mô men uốn M
A
(t) theo thời gian tại điểm A:
Khi hệ chịu tác dụng xung trong khoảng thời gian t = 2T
1

(T
1
l chu kỳ
dao động riêng dạng thứ nhất) tại điểm A có Đồ thị mô men uốn động M
A
T
(t)
đợc thể hiện nh hình sau (Hình 4)

Hình 4: Mô men M
A
(t) tại A theo thời gian

×