Vibração Livre de Sistema Amortecido a 1 Grau de Liberdade
Por: Matheus Nogueira • 9/3/2016 • Trabalho acadêmico • 935 Palavras (4 Páginas) • 592 Visualizações
Vibração Livre de Sistema Amortecido a 1 Grau de Liberdade
Na figura é representado um sistema mecânico que está inicialmente em repouso. Repentinamente, a massa sofre um impulso de um agente externo, que constitui basicamente da aplicação de uma força em um intervalo de tempo muito pequeno, a chamada Força Impulsivo. Imediatamente após a aplicação desse impulso, a massa começa a se movimentar livremente a partir de sua posição de equilíbrio com uma velocidade inicial de 0,10 m/s. Neste caso, entretanto, além desse impulso inicial, a massa passa a sofrer a ação simultânea e permanente de uma força de excitação dada por F(t)= 27 . sen 15t (SI).
Vamos determinar o movimento da massa ao longo do tempo, isto é, a função horária da posição u(t),
bem como a função horária da velocidade da massa v(t)= ů(t). São conhecidos:
• Peso da massa colocada na extremidade da viga P= 18 kgf
• A rigidez da viga na direção vertical dada por k= 8758 N/m
• A característica do amortecedor dada pela sua constante c = 130 N.s.m^-1
• A aceleração da gravidade g= 9,8 m/s²
⎡ ⎤[pic 1]
⎣
u = U ⋅ sen (ω ⋅t− φ ) = F 0 ⋅ χ ⋅ sen (ω ⋅t− φ ) = F 0 ⋅ ⎢ 1 ⎥ ⋅ sen (ω ⋅ t − φ )
⎦
p
F0 = 27 N[pic 2]
ω[pic 3]
k
e ω= 15 rad/s
k ⎢ (1 − r 2 )2 + (2 ⋅ ζ
⎡
⎢
⋅ r ) 2 ⎥
⎤
⎥
r = ω ω= 22 rad/s ζ= 0,164
27 ⎢ 1 ⎥
n u p =
⋅ ⎢
8758 2 2
⎥ ⋅ sen(15 ⋅ t − φ )
2[pic 4]
⎢
− ⎜ ⎟
⎝
+ ⎛ 2 ⋅ 0,164 ⋅ ⎞ ⎥
Assim, substituindo na equação anterior que fornece
Consultando uma tabela trigonométrica, teremos φ = 0,369 rad
⎢ ⎨1
⎢⎣ ⎪⎩
⎛ 15 ⎞
⎝ 22 ⎠ ⎪⎬ ⎜
⎭
15
⎟ ⎥
22 ⎠ ⎥⎦
Vibração Forçada:[pic 5]
u p = 0,0053⋅ sen(15 ⋅ t − 0,369)
Vamos representar a solução geral do problema incluindo as duas parcela:
u(t) = e−ζ ⋅ωn⋅t ⋅ A⋅ sen(ω[pic 6]
d
⋅t + Ψ)+0,0053⋅ sen(15⋅t −0,369)
ωd = 21,7rad / s[pic 7]
Substituindo os valores numéricos:
u(t ) = e −3,61⋅t ⋅ A ⋅ sen(21,7 ⋅ t + Ψ) + 0,0053 ⋅ sen(15 ⋅ t − 0,369)[pic 8]
Condições iniciais t=0
∙
u(t ) = −A⋅ 3,61⋅ e−3,61⋅t ⋅ sen(21,7 ⋅ t +ψ )+ A⋅ e−3,61⋅t ⋅ 21,7 ⋅ cos(21,7 ⋅ t +ψ )+ 0,0053⋅15⋅ cos(15⋅ t − 0,369)[pic 9]
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