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:
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:
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)
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;
ЕJδ1р = М1∙Мр = 0,6689;
ЕJδ2р = 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:
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.
Рисунок 2.7.4 – Перша головна форма коливань
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) |
Рисунок 2.7.6 – Графік розвитку амплітуди за напрямом першої
форми коливання
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.
Рисунок 2.7.8 – Графік розвитку першого динамічного коефіцієнта
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 = Мр+М1∙I1+ М2∙I2, |
(2.7.9) |
яка остаточно має такий вигляд:
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:
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. |