2 РОЗРАХУНОК СТАТИЧНО НЕВИЗНАЧЕНИХ СИСТЕМ
2.7 Динамічний розрахунок статично невизначеної рами за методом сил на дію гармонійного навантаження

2.7.2 Приклад розрахунку

Розрахункова схема   (рис. 2.7.1) і вихідні дані:

Highslide J
Рисунок 2.7.1 – Розрахункова схема та напрями коливань точкових мас

Ступінь статичної невизначеності:    L= 2Ш + С0 - 3D =1.

Число динамічних ступенів вільності  (рис. 2.7.1):

(1) - перший можливий напрям коливань маси      

(2) - другий можливий напрям коливань маси 

Отже, число динамічних ступенів вільності рівне двом.

За методом сил розраховуємо епюри згинальних моментів від окремо діючих одиничних інерційних сил і збурювальної сили одиничної величини:

Highslide J
Рисунок 2.7.2 – Епюри моментів у статично невизначеній рамі від дії одиничних інерційних сил I1=1, I2=1 (після розкриття статичної невизначеності за методом сил)

Highslide J
Рисунок 2.7.3 – Епюра моментів в статично невизначеній рамі від дії одиничного зовнішнього навантаження (після розкриття статичної невизначеності за методом сил)

Запис вікового рівняння:

  . (2.7.1)  

Коефіцієнти вікового рівняння:

ЕJδ11 = М1∙М1 = 1,2975;

ЕJδ22 = М2∙М2 =  7,0968;

ЕJδ12 = ЕJδ21 = М1∙М2 =  -1,1793;

ЕJδ = М1∙Мр =  0,6689;

ЕJδ = М2∙Мр =  0,2801.

Частоти власних коливань (freefluctuations) обчислюються за формулою:

  (2.7.2)  

Після підстановки коефіцієнтів   δij  отримаємо:

ω21=0,05359;         ω22=0,91849
ω1=0,23149;        ω2=0,95838.

  Перевірка властивостей власних чисел за формулою

  . (2.7.3)  

  Після підстановки коефіцієнтів отримаємо:

.

Коефіцієнти головних форм коливань обчислюються за формулами

       

Після обчислень одержуємо:

 = -5,6566;                                   =  0,06792.

Перевірка ортогональності головних форм коливань за відомими їх коефіцієнтами за рівністю:

  m1+m2р21р22=0, (2.7.4)  
                                         

яка після підстановки коефіцієнтів приводить до тотожності:

m+2,6m(-5,6566)0,06792 = m(1-0,999) ≈ 0.

Побудова головних форм коливань виконується за допомогою коефіцієнтів , для цього у напрямі першого коливання відкладається амплітуда, рівна одиниці (в довільному масштабі). Для викреслювання першої головної форми коливань необхідно відкласти амплітуду за напрямом другого коливання, рівну коефіцієнту , а для отримання другої головної форми коливань необхідно відкласти за напрямом другого коливання амплітуду, рівну коефіцієнту . Деформований стан рами викреслюється  з дотриманням таких правил: прямі жорсткі вузли рами до деформації залишаються прямими і після деформації; на першій головній формі коливань не повинно бути точок перегину пружних осей ригелів і стояків; на другій головній формі коливань можлива поява однієї точки перегину.

Highslide J
Рисунок 2.7.4 – Перша головна форма коливань

Highslide J
Рисунок 2.7.5 – Друга головна форма коливань

Система амплітудних рівнянь рівноваги Безухова:

  (2.7.5)  

Побудова і розрахунок графіків розвитку амплітуд вимушених коливань проводиться за такими формулами:

  (2.7.6)  
Highslide J
Рисунок 2.7.6 – Графік розвитку амплітуди за напрямом першої форми коливання

Highslide J
Рисунок 2.7.7 – Графік розвитку амплітуди за напрямом другої форми коливання

Графіки розвитку динамічних коефіцієнтів розраховують за формулами:

  (2.7.7)  

де   – амплітуди  вимушених  коливань  відповідно  за  першим і другим напрямами при заданій частоті q;

 – переміщення мас, які коливаються  відповідно  за  першим і   другим  напрямами,  викликані  статичною   дією збурювальної  сили Р.

Highslide J
Рисунок 2.7.8 – Графік розвитку першого динамічного коефіцієнта

Highslide J
Рисунок 2.7.9 – Графік розвитку другого динамічного коефіцієнта

Частоти віброгасіння обчислюємо за формулами:

 
(2.7.8)  

Інерційні сили розраховуємо для частоти збурювальної сили, заданої в початкових даних:

.

При цьому:

а) інерційна сила за напрямом першого коливання:

;

            б) інерційна сила за напрямом другого коливання:

;

Динамічна епюра згинальних моментів:

  Мдин = Мр1∙I1+  М2∙I2, (2.7.9)  
    

яка остаточно має такий вигляд:

Highslide J
Рисунок 2.7.10 – Кінцева динамічна епюра згинальних моментів Мдин

Для перевірки динамічної епюри згинальних моментів необхідно обчислити за величинами ординат моментів реакції в опорних стержнях (Мдин) і вимагати виконання рівнянь статики:

а) вузли рами повинні перебувати в рівновазі:

Highslide J
0,5422-0,5422 = 0,              2,6799 +0,3696 –  3,0505 = 0,001,

;

б) сума проекцій на горизонтальну вісь:

8 -3,8308-1,9066-2,1149-0,1478 =8-8,0001 ≈ 0 ;

в) сума проекцій всіх сил на вертикальну вісь:

0,6108 – 0,6108 =0.