Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
3.Задачи 3.1 - 3.6.doc
Скачиваний:
22
Добавлен:
11.11.2018
Размер:
4.52 Mб
Скачать

3.5.2. Негармоническое кинематическое воздействие

Рассмотрим расчёт на смещение основания, изменяющееся

в

(t)

о времени как импульс:

t

(t) = ( рис. 3.52 ), где  cм;

 = t / T0 ; T0 = 0,6 c ;

з

0

десь  играет роль Р1 ( см. с. 26 ).

T0

T0 / 3

В случае заданного обратносим-

метричного воздействия используем

п

Рис. 3.52

риём разделения системы по оси

симметрии ( см. п. 1.6 ). Схема поло-

вины рамы представлена на рис. 3.53. Матрица её упругой по-

y2(t)

y4(t)

датливости по направлениям пе-

m(2)

m(1)

ремещений масс, полученная пре-

(t)

y3(t)

m(3)

EI2

c1

образованием компонентов ранее

EI1

составленной матрицы, такова:

c2

y1(t)

Рис. 3.53 Матрица масс:

m = m(3) 1,5m(1)+ m(2) m(2)+ m(3) m(1) =

= 21 т 12 т 25,5 т 5 т ; a = a1 a2 a3 a4 = 4,2 2,4 5,1 1 ; m0 = m(1) = 5 т .

Решение системы уравнений вынужденного движения 1*А* ( табл. 1.3 ) строим по методу конечных разностей ( см. п. 1.5.3 ) в форме ( 1.36 ) во временном интервале [ 0; 2T0 ] с шагом t = = T0 / 40 = 0,008 c, равным примерно 1/4 минимального периода собственных колебаний. Уравнения для некоторого расчётного момента времени tj = t при найденных выше значениях ком-

понентов матриц  и a имеют следующий вид:

4,2( y1, j–1 1,84762 y1, j + y1, j+1 ) + 2,4( y2, j–1 2 y2, j + y2, j+1 ) = B0

4,2( y1, j–1 2y1, j + y1, j+1 ) + 67,9( y2, j–1 1,990574 y2, j + y2, j+1 ) +

+3,1875( y3, j–1 2y3, j + y3, j+1 ) 0,6875( y4, j–1 2 y4, j + y4, j+1 ) = B0

1,5( y2, j–1 2 y2, j + y2, j+1 ) + 3,1875( y3, j–1 1,799216 y3, j + y3, j+1 ) +

+ 0,3125( y4, j–1 2 y4, j + y4, j+1 ) = B0

–1,65( y2, j–1 2 y2, j + y2, j+1 ) + 1,59375( y3, j–1 – 2 y3, j + y3, j+1 ) +

+ 0,49858( y4, j–1 0,692765 y4, j + y4, j+1 ) = B0

где B0 == 0,64 м3 ; 1c = 2c =  ; 3c = 4c = 0 ; j = (tj).

Эти группы конечно-разностных уравнений (КРУ) записы-ваются для всех расчётных значений времени от t1 до t80 – всего 320 уравнений с 328 неизвестными ( с yi, 0 по yi, 81 , i = 1, 2, 3, 4 ). Баланс количеств неизвестных и уравнений обеспечивается учё-

том начальных условий движения четырёх масс: yi, 0 = 0; откуда yi,1 = yi,2 / 8 ( из кубической аппроксимации пере-

мещений по точкам t = 0, t = t и t = 2t ).

В системе КРУ матрица коэффициентов

A = ; её повторяющийся блок Ad :

Ad =.

В блоке А0 отражены начальные условия:

А0 =.

Компоненты вектора В вычисляются по значениям функ-ции (tj). При t > T0 движение системы происходит как свобод-ное; соответствующие конечно-разностные уравнения – одно-родные ( j = 0 ).

В результате решения системы линейных алгебраических уравнений получены по 80 значений каждой из функций y1(t), …, y4(t). Построенные по ним графики изменения во времени го-ризонтальных перемещений y1(t) (фундамента) и y2(t) (ригеля) представлены на рис. 3.54, а, а вертикальных y3(t) и y4(t) – на рис. 3.54, б ( с укрупнённым масштабом ординат ). На рис. 3.54, а дополнительно показан также график заданного смещения (t).

y1(t), y2(t), см

Г о р и з о н т а л ь н ы е п е р е м е щ е н и я м а с с

0,2

0,4

0,6

0,8

0,4

0,6

0

y1(t)

y2(t)

0,3

0,4

0,5

(t)

t, с

а)

0,2

T0

0,1

0,6

0,2

0,8

y3(t), y4(t), см

В е р т и к а л ь н ы е п е р е м е щ е н и я м а с с

0,16

0

0,12

0,08

0,04

y3(t)

y4(t)

t, с

б)

0,2

0,3

0,4

0,1

0,6

0,5

0,08

0,04

0,12

0,16

Рис. 3.54

Хорошо видно, что наиболее интенсивное ( горизонтальное ) движение масс ригеля происходит с доминированием низкочас-тотной компоненты по основному тону собственных колебаний. В остальных перемещениях явно наблюдаются сочетания ( в раз-ных пропорциях ) трёх гармоник с 1-й, 2-й и 3-й собственными частотами*). Высокочастотная составляющая, конечно, также присутствует, но отследить её по графикам yi(t) затруднительно.

Динамические изгибающие моменты в раме определяются через силы инерции: Mdyn(t) = M2 J2(t) + M4 J4(t), где моменты М2

и М4 от J2 =1 и J4 =1 – соответственно каки на рис. 3.49.

Силы инерции вычисляются через ускорения: J2(t) = – ;

J4(t) = , а ускорения рассчитываются по конечно-разност-ной формуле через найденные

перемещения yi, j ( i = 2, 4; j = 1, …, 81 ). На рис. 3.55 приведены результаты вычисления инерционных сил.

J2(t), J4(t), кН

15

J2(t)

10

5

t, с

0,6

0,5

0

J4(t)

0,3

0,4

0,1

0,2

5

10

15

Рис. 3.55

Эти графики, полученные по вторым производным от y2(t) и y4(t), более детально выявляют спектральный состав переме-щений масс и соответствующих сил инерции: в изменении силы J2(t) отчётливо заметны гармонические составляющие первых двух главных форм собственных колебаний с периодами Т1 = = 0,519 с и Т2 = 0,127 с; а в J4(t) преобладают 3-я и 4-я формы с Т3 = 0,114 с и Т4 = 0,033 с.

*) Заметим, что 2-я и 3-я частоты собственных колебаний рассчитывае-

мой рамы мало отличаются друг от друга: 3 : 2 = 1,11.

Для двух характерных сечений – I ( у верха стойки ) и II ( в месте расположения массы m(1) ) имеем:

MI, dyn(t) = 4 м; MII, dyn(t) = 2 м 1 м.

Максимальные значения этих моментов:

MI, dyn, max = 4 м; MII, max =max [ J2(t) – 0,5 J4(t)], где

max J2(t) = 17,45 кН при t = 0,275 с; max [ J2(t) – 0,5 J4(t)] = 17,33 кН

при t = 0,274 с; тогда MI, dyn, max = 69,8 кН; MII, max = 34,66 кН.

Аналогично как тестовый выполнен конечно-разностный расчёт рамы на вибрационное смещение основания, рассмотрен-ное в п. 3.5.1, где дано точное решение. Начальные условия дви-

жения масс заданы в виде yi, 0 = 0; = c yi

Найденные перемещения представлены в таблице в сопо-ставлении со значениями, вычисленными по точным выражени-

ям yi (t) = yi sin c t с амплитудами yi из п. 3.5.1.

Время t, с

Перемещения, см

y1(t)

y2(t)

y3(t)

y4(t)

0

0 (0)

0 (0)

0 (0)

0 (0)

Тс /8 =

= 0,0694

0,4672 (0,4678)

2,9028

(2,9031)

0,0578 (0,0578)

–0,0605

(–0,0605)

Тс /4 =

= 0,1389

0,6620 (0,6616)

4,109

(4,106)

0,0819 (0,0818)

–0,0856

(–0,0855)

3Тс /8 =

= 0,2083

0,4677 (0,4678)

2,9026

(2,9031)

0,0578 (0,0578)

–0,0605

(–0,0605)

Тс /2 =

= 0,2778

–0,00023 (0)

–0,0070

(0)

–0,00017 (0)

0,00018

(0)

5Тс /8 =

= 0,3472

–0,4676

(–0,4678)

–2,9063

(–2,9031)

–0,0579

(–0,0578)

0,0606 (0,0605)

Примечание: в скобках – точные значения.

Погрешности в определении перемещений не превышают 0,21 % от соответствующих амплитуд.

В заключение напомним, что, во-первых, никаких принципиальных труд-ностей в расчёт по методу конечных разностей не вносит учёт диссипации энергии, в результате чего может быть выявлено затухание во времени коле-баний в стадии свободного движения; а во-вторых, если это необходимо, то вычисление перемещений может быть продолжено в следующем временном интервале ( см. п. 1.5.3 ).