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Corso di Costruzione di macchine Elementi di Dinamica Strutturale tramite FEM
ANALISI DINAMICA
Principali tipi di analisi
analisi modale
analisi della risposta armonica
analisi di transitorio dinamico
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preferibile usare il sistema m.k.s
mk
=msmkg
mN
= 2
kgsskgmsmkg 111
22 ==
mk
=mmsmkg
mmN
= 2
kg3
22 10110001sskgmms
mkg==
ANALISI DINAMICA Considerazioni generaliUnit di misura
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PROPAGAZIONE DI ONDE ELASTICHERelazione tra frequenza e lunghezza donda
Onda: perturbazione che nasce da una sorgente e si propaga nel tempo e nello spazio senza comportare trasferimento di materia, ma talora con un trasferimento di energia.
Esempio: le onde si propagano sulla superficie dellacqua, ma una particella dacqua o un oggetto galleggiante non subiscono spostamenti nella direzione di propagazione dellonda, ma solo spostamenti verticali
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PROPAGAZIONE DI ONDE ELASTICHEIn Fisica si distinguono diverse tipologie di onde. Noi ci occuperemo di quelle che vengono trasmesse attraverso deformazioni elastiche del mezzo in cui si propagano (Onde Elastiche). Esistono anche onde che non necessitano di un mezzo per propagarsi (Es: Onde Elettromagnetiche, Onde Gravitazionali).
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PROPAGAZIONE DI ONDE ELASTICHELe onde elastiche possono distinguersi in base alla direzione in cui avviene loscillazione in relazione a quella di propagazione dellonda in: Longitudinali
Trasversali
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PROPAGAZIONE DI ONDE ELASTICHEData lequazione che rappresenta la forma di unonda al tempo t=0, del tipo:
Coordinata spaziale x
Spos
tam
ento
y
( ) )(0, xfxy =
Coordinata spaziale x
Spos
tam
ento
y
)(),( tvxftxy =
tv
Lequazione che rappresenta la forma di unonda che viaggia in direzione x con velocit v in funzione del tempo t risulta data da:
)(),( tvxftxy =
( ) ( ) )(0,, xfxytxy ==
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PROPAGAZIONE DI ONDE ELASTICHE
Il periodo T della oscillazione subita da un punto del continuo dato dal tempo necessario per il passaggio di una onda completa, vale a dire:
vT =
0 0.2 0.4 0.6 0.8 11
0.5
0
0.5
1
Coordinata spaziale x
Spos
tam
ento
ver
tical
e y
Data un pacchetto (treno) di onde che si propaga con velocit v, si consideri il parametro lunghezza donda () che corrisponde alla distanza tra punti corrispondenti in oscillazioni successive:
Tf 1=da cui, essendo: si ottiene: vf =
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PROPAGAZIONE DI ONDE ELASTICHE
Si immagini adesso di imporre a tutto il sistema una velocit v da destra a sinistra. In tal modo la zona compressa si mantiene ferma e la barra passa progressivamente attraverso di essa.
vZona compressa
N N
La zona compressa soggetta ad una forza normale (negativa) N.
interessante analizzare la dipendenza della velocit v dalle caratteristiche del mezzo in cui avviene la propagazione dellonda.
Si consideri una barra isotropa di sezione uniforme A, ad unestremit della quale venga prodotto un impulso di compressione, che si propaga verso destra a velocit v.
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PROPAGAZIONE DI ONDE ELASTICHE
l
Si consideri un elemento di volume di lunghezza l, che si muove da destra a sinistra con velocit v. La sua massa pari a:
tvAlAm ==
vZona compressa
N N
vlt =dove: il tempo impiegato dallelemento di volume ad
attraversare qualunque sezione del corpo (in particolare, ad entrare completamente nella zona compressa)
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PROPAGAZIONE DI ONDE ELASTICHEPer il tempo t, impiegato per entrare nella zona compressa, lelemento soggetto alla forza N, che determina una variazione della sua velocit data da:
tvtvA
tvmN
=
=
vZona compressa
l
N
vvv
AN
= 2
dividendo ambo i membri per A, semplificando t e moltiplicando numeratore e denominatore per v
Cd
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PROPAGAZIONE DI ONDE ELASTICHEMentre lelemento di volume immerso nella zona compressa, dato che il flusso di massa deve essere costante, deve risultare:
( )vvAvA += '
vZona compressa
'l
N N
vvv +
='
( )
+=
+=
=
= 11'
'' l
lll
lAm
lAm
vv
+=+ 11
vv
=
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PROPAGAZIONE DI ONDE ELASTICHE
La velocit di propagazione dipende solo da: Tipo di onda Propriet del mezzo
vZona compressa
'l
N N
vv
=vvv
AN
== 2
2v=
2vE ==
Ev =
Non dipende da: Lunghezza donda Frequenza
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PROPAGAZIONE DI ONDE ELASTICHEDi conseguenza, per un onda di tipo dato (Es.: longitudinale) in un mezzo assegnato, in base alla:
Lunghezza donda e Frequenza di oscillazione sono inversamente proporzionali
vf =
Onde con lunghezza donda diversa che propagano verso destra alla stessa velocit.
Cd
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PROPAGAZIONE DI ONDE ELASTICHEEquazione che rappresenta unonda sinusoidale di ampiezza A, lunghezza donda , viaggiante alla velocit v verso le x positive, in funzione del tempo e dello spazio:
( )2( , ) siny x t A x v t
=
Cd
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Oltre alle onde che si propagano in un mezzo continuo, in un sistema meccanico isolato possono verificarsi onde stazionarie, (vale a dire che non si spostano nello spazio).
Una semplice relazione matematica in grado di rappresentare unonda stazionaria data da:
ONDE ELASTICHE STAZIONARIE
( ) ( )2( , ) sin sin sin siny x t A x t A x tv
= =
Secondo tale relazione, i diversi punti del corpo elastico oscillano in fase tra loro con pulsazione e con ampiezza costante nel tempo e variabile solo con la coordinata x, data da:
2sin sinA x A xv
=
Cd
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essendo:
2( , ) sin( )sin( )y x t A x t
=
( ) 2 2 2, sin( )sin( ) cos( ) cos( )2Ay x t A x t x t x t
= = +
( ) ( )2 2( , ) cos cos2Ay x t x vt x vt
= +
dato che:2
v
=
si ottiene:
ONDE ELASTICHE STAZIONARIE
La relazione trovata mostra che unonda stazionaria pu essere vista come la sovrapposizione di due onde di lunghezza donda , che si propagano a velocit v nella direzione delle x positive ed in quella delle x negative.Di conseguenza, la relazione tra lunghezza donda, frequenza e velocit di propagazione, derivata per londa viaggiante, vale anche per londa stazionaria.
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ONDE ELASTICHE STAZIONARIE
( ) ( )2 2( , ) cos cos2Ay x t x vt x vt
= +
( )2( , ) cos2Ay x t x vt
=
( )2( , ) cos2Ay x t x vt
= +
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Esercizio D1Data la seguente funzione che descrive unonda di compressione che si propaga in un metallo:
calcolare la frequenza, la lunghezza donda e la velocit di propagazione cercare di determinare la natura del metallo tra acciaio e alluminio
1 4( , ) 0.02 sin 2.272 2 1.02 10 my x t m m x ts
=
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VIBRAZIONI DI SISTEMI CONTINUI Lanalisi delle vibrazioni di sistemi continui molto complessa e sono disponibili
soluzioni in forma chiusa (analitiche) solo per i casi pi semplici Casi che saranno trattati
Trave Vibrazioni estensionali (soluzione completa) Vibrazioni flessionali (caratteristiche della soluzione)
Piastra circolare Vibrazioni flessionali (caratteristiche della soluzione)
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
Equazione di equilibrio:
NdzzNNuAdz
+=
zNuA
=
2
2
zuEA
zN
zuEAEAN
=
==
2
2
zuEAuA
=
dz
Ndz
zNN
+
uudm
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
Ezuu
zuEu
=
=
=
2
22
2
2
dz
Ndz
zNN
+
uudm
2
2
zuEAuA
=
Cd
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
2
22
zuu
= ( ) ( ) ( )tTzZtzu =,
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
2
2
2 2
2 2
,
,
d T tu z t Z z
dtu z t d Z z
T tz dz
=
=
( ) ( ) ( ) ( )2 2
22 2
d T t d Z zZ z T t
dt dz=
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
( ) ( ) ( ) ( )2 2
22 2
d T t d Z zZ z T t
dt dz=
( )
( )
( )
( )
2 2
2 22
d T t d Z zdt dz
T t Z z=
ZZ
TT II2=
Cd
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
ZZa
TT II2==
00
2 =
=
aZZaTTII
)sin()cos()(02
tBtAtTTT
+==+
)sin()cos()(
022
zv
Dzv
CzZ
ZZ II
+=
=+
2=a
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
[ ]( , ) ( ) ( ) cos( ) sin( ) cos( ) sin( )u z t Z z T t C z D z A t B tv v = = + +
La soluzione generale ottenuta quindi:
La Z(z) definisce la forma spaziale (forma normale) della soluzione. Le sue costanti C e D devono essere determinate tramite apposite condizioni al contorno.
La T(t) definisce landamento temporale della soluzione. Le sue costanti Ae B devono essere determinate tramite apposite condizioni iniziali.
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
[ ]( , ) ( ) ( ) cos( ) sin( ) cos( ) sin( )u z t Z z T t C z D z A t B tv v = = + +
La soluzione generale ottenuta quindi:
OSS: sia landamento spaziale che quello temporale sono di tipo armonico. La pulsazione dellandamento temporale e di quello spaziale sono legate da una relazione di proporzionalit tramite la costante v, per cui allaumentare delluna aumenta anche laltra.
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
[ ]( , ) ( ) ( ) cos( ) sin( ) cos( ) sin( )u z t Z z T t C z D z A t B tv v = = + +
La soluzione generale ottenuta quindi:
Nel seguito verranno determinati i valori di per i quali possibile un moto del sistema isolato (senza scambi di energia con lesterno), attraverso limposizione di diverse condizioni di vincolo: estremi bloccati estremi liberi un estremo bloccato ed uno libero
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )0, 0 0 , 0u t Z T t u L t Z L T t= = = =Trave bloccata agli estremi
kkL k
v L = =
C.C.
( )
( )
0 cos( 0) sin( 0) 0
sin( ) 0
Z C D Cv v
Z L D Lv
= + = =
= =
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
Trave bloccata agli estremi
A ciascuna frequenza propria associata una specifica deformata spaziale (forma normale), secondo la quale avviene loscillazione del sistema:
( )
= z
vDzZ kkk
sin
kk k
L =
Il sistema pu oscillare liberamente (senza interventi esterni) alle frequenze discrete (frequenze proprie):
Cd
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
Trave bloccata agli estremi
dove le costanti ak e bk devono essere determinate a partire da apposite condizioni iniziali, in assenza delle quali la effettiva ampiezza di oscillazione del sistema non pu essere determinata.
La funzione completa che rappresenta il sistema oscillante alla frequenza propria k quindi data da:
[ ] [ ]( , ) cos( ) sin( ) sin( ) cos( ) sin( ) sin( )k kk k k k k k k k k ku z t A t B t D z a t b t zv v = + = +
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
Trave bloccata agli estremi
La relazione rappresenta unonda stazionaria di pulsazione k e di lunghezza donda spaziale data da :
[ ] [ ]( , ) cos( ) sin( ) sin( ) cos( ) sin( ) sin( )k kk k k k k k k k k ku z t A t B t D z a t b t zv v = + = +
22 2k k k k
k
k
f v vL Lv
k kkL
= = = ==
k
42kLk = =
Cd
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
kL
k2
=
( )
= zDzZ
kkk
2sin
0 0.2 0.4 0.6 0.8 11
0.5
0
0.5
1k=1
z/L
Z(z)
Trave bloccata agli estremi
Cd
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Corso di Costruzione di macchine Elementi di Dinamica Strutturale tramite FEM
0 0.2 0.4 0.6 0.8 11
0.5
0
0.5
1k=2
z/L
Z(z)
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
kL
k2
=
( )
= zDzZ
kkk
2sin
Trave bloccata agli estremi
Cd
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n In
gegn
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Mec
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ica
Corso di Costruzione di macchine Elementi di Dinamica Strutturale tramite FEM
0 0.2 0.4 0.6 0.8 11
0.5
0
0.5
1k=3
z/L
Z(z)
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
kL
k2
=
( )
= zDzZ
kkk
2sin
Trave bloccata agli estremi
Cd
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Corso di Costruzione di macchine Elementi di Dinamica Strutturale tramite FEM
0 0.2 0.4 0.6 0.8 11
0.5
0
0.5
1k=4
z/L
Z(z)
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
kL
k2
=
( )
= zDzZ
kkk
2sin
Trave bloccata agli estremi
Cd
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gegn
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Corso di Costruzione di macchine Elementi di Dinamica Strutturale tramite FEM
0 0.2 0.4 0.6 0.8 11
0.5
0
0.5
1k=5
z/L
Z(z)
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
kL
k2
=
( )
= zDzZ
kkk
2sin
Trave bloccata agli estremi
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
...3,2,1)( == kEL
kKk
Le frequenze proprie, per altre modalit di vincolo, sono date dalla seguente relazione generale, nella quale il coefficiente K(k) dipende da queste ultime:
K(k)
Incastrato-incastrato k
Libero-libero k
Incastrato-libero k+1/2
Altre condizioni di vincolo
Cd
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
Oss.1: La forma normale pu presentare uno o pi punti fissi (nodi), nei quali lo spostamento si mantiene identicamente nullo
Oss. 2: la forma normale nota a meno di una costante moltiplicativa, che potr essere determinata solo assegnando le condizioni iniziali; essa definisce la forma spaziale della deformata, ma non i valori effettivi degli spostamenti.
Osservazioni riassuntive
Cd
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
Oss.3: attraverso i punti fissi (nodi) non pu avvenire trasferimento di energia durante loscillazione. Di conseguenza il contenuto energetico di una trave oscillante secondo uno dei suoi modi propri si mantiene costante nel tempo, con uno scambio continuo tra la forma cinetica e quella potenziale.
Oss. 4: loscillazione libera della trave pu avvenire solo tramite una combinazione dei modi propri, dato che solo in questo modo il suo contenuto energetico pu mantenersi costante. Essa sar esprimibile come:
Oss. 5: allaumentare della pulsazione propria aumenta anche il numero di oscillazioni della deformata spaziale ad essa associata.
Osservazioni riassuntive
[ ]
=
=
+==11
)sin()sin()cos(),(),(k
kkkkk
kk zv
tbtatzutzu
Cd
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
z dzy
Equazione di equilibrio:
TdzzTTvAdz
+=
IV
III
EJvzT
EJvT
=
=dz
T dzzTT
+
v
zTvA
=
IVEJvvA =
AEJk
vkv IV
=
= 2
Cd
LM
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gegn
eria
Mec
can
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
z dzx
Trave libera agli estremi (z=0, L)
( )2 21
n nEJL
L A
=
n 1 2 3 4 >4
nL 4.730 7.853 10.996 14.137 (n+1/2)
Valore asintotico (valido dopo i
primi 3-4 termini)
Espressione valida per tutte le condizioni di vincolo. I valori di nLcambiano, invece, con queste ultime.
Cd
LM
agis
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n In
gegn
eria
Mec
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Corso di Costruzione di macchine Elementi di Dinamica Strutturale tramite FEM
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
y
L
z
Trave libera agli estremi (z=0, L)
( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( )
+
++= zzLLLLzzCzV nn
nn
nnnnnn
coshcoscoshcossinsinhsinhsin)(
Oss.: le forme normali sono compatibili con una distribuzione autoequilibrata di forze di inerzia, necessaria dato che il sistema libero nello spazio.
Cd
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Mec
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Corso di Costruzione di macchine Elementi di Dinamica Strutturale tramite FEM
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
zy
( )A
EJL
Lnn 2
2 1=
n 1 2 3 4 >4
nL 1.875 4.694 7.855 10.996 (n-1/2)
Trave incastrata ad un estremo (z=0) e libera allaltro (z=L)
Cd
LM
agis
tral
e i
n In
gegn
eria
Mec
can
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Corso di Costruzione di macchine Elementi di Dinamica Strutturale tramite FEM
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
zy
Trave incastrata ad un estremo (z=0) e libera allaltro (z=L)
( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( )
++
= zzLLLLzzCzV nn
nn
nnnnnn
coshcoscoshcossinsinhsinhsin)(
Cd
LM
agis
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e i
n In
gegn
eria
Mec
can
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Corso di Costruzione di macchine Elementi di Dinamica Strutturale tramite FEM
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
zy
( )A
EJL
Lnn 2
2 1=
n 1 2 3 4 >4
nL 4.730 7.853 10.996 14.137 (n+1/2)
Trave incastrata agli estremi (z=0, L)
Cd
LM
agis
tral
e i
n In
gegn
eria
Mec
can
ica
Corso di Costruzione di macchine Elementi di Dinamica Strutturale tramite FEM
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
zy
( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( )
+= zzLLLLzzCzV nn
nn
nnnnnn
coscoshcoshcossinsinhsinsinh)(
Trave incastrata agli estremi (z=0, L)
Cd
LM
agis
tral
e i
n In
gegn
eria
Mec
can
ica
Corso di Costruzione di macchine Elementi di Dinamica Strutturale tramite FEM
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
z
Trave appoggiata agli estremi (z=0, L)
( )A
EJL
Lnn 2
2 1=
n 1 2 3 4 >4
nL 2 3 4 n
Cd
LM
agis
tral
e i
n In
gegn
eria
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can
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Corso di Costruzione di macchine Elementi di Dinamica Strutturale tramite FEMSISTEMI CONTINUI
TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
( )[ ]zCzV nnn sin)( =
L
z
Trave appoggiata agli estremi (z=0, L)
y
Cd
LM
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e i
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gegn
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L
z
W H
Esercizio D2Un metodo utilizzato per stimare il modulo elastico di un materiale consiste nel misurare la prima frequenza propria flessionale di una barretta sospesa a dei fili sottili in corrispondenza dei nodi della relativa forma modale.Data la barretta in acciaio mostrata in Figura: perch la barretta sostenuta nel modo descritto e quale modello di calcolo analitico si
ritiene applicabile? stimare il modulo di Young del materiale sapendo che la prima frequenza propria flessionale
di 65 Hertz stimare le posizioni z lungo la barretta in cui devono essere posizionati i punti di attacco
dei fili
H = 2.5 mmW = 10 mmL = 450 mm
Cd
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Corso di Costruzione di macchine Elementi di Dinamica Strutturale tramite FEMSISTEMI CONTINUI
PIASTRA CIRCOLARE
Le vibrazioni proprie di una piastra circolare possono prevedere: forme modali simmetriche, che presentano circonferenze nodali, i cui punti
non si spostano durante la vibrazione
Cd
LM
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gegn
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Corso di Costruzione di macchine Elementi di Dinamica Strutturale tramite FEMSISTEMI CONTINUI
PIASTRA CIRCOLARE
Le vibrazioni proprie di una piastra circolare possono prevedere: forme modali simmetriche, che presentano circonferenze nodali, i cui
punti non si spostano durante la vibrazione forme modali anti-simmetriche, che presentano diametri nodali, i cui punti
non si spostano durante la vibrazione
Cd
LM
agis
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n In
gegn
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Mec
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Corso di Costruzione di macchine Elementi di Dinamica Strutturale tramite FEM
SISTEMI CONTINUI PIASTRA CIRCOLARE
Le vibrazioni proprie di una piastra circolare possono prevedere: forme modali simmetriche, che presentano circonferenze nodali, i cui
punti non si spostano durante la vibrazione forme modali anti-simmetriche, che presentano diametri nodali, i cui punti
non si spostano durante la vibrazione forme modali miste, che presentano sia circonferenze che diametri
nodali, i cui punti non si spostano durante la vibrazione
Cd
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Corso di Costruzione di macchine Elementi di Dinamica Strutturale tramite FEM
SISTEMI CONTINUI PIASTRA CIRCOLARE
Le vibrazioni proprie di una piastra circolare di spessore uniforme e raggio R, sono date dalla seguente relazione:
( )23
2,
,
112
=
=
EhD
hD
Rmn
mn
Incastrata al bordo esterno
Libera al bordo esterno
n = numero circonferenze nodali
m = numero diametri nodali
Cd
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Corso di Costruzione di macchine Elementi di Dinamica Strutturale tramite FEM
Esercizio D3 - ANALISI MODALE DI DISCOIl disco circolare in acciaio ha un diametro esterno di 380 mm e spessore uniforme pari a 1 mm.Si calcolino i valori delle frequenze proprie e si disegnino schematicamente con linee tratteggiate le relative linee nodali fornite da un semplice modello di piastra circolare libera o incastrata al bordo esterno.D: perch non possibile, per la piastra libera al bordo esterno, calcolare i modi propri per n=0 e m=0,1?
m n Freq. proprie libera [Hz]
Forme modali libera [Hz] Freq. proprie inc. [Hz]
Forme modali inc. [Hz]
0
01
2
0
1
1
Cd
LM
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n In
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Corso di Costruzione di macchine Elementi di Dinamica Strutturale tramite FEM
MODELLI DISCRETIZZATILa soluzione di problemi strutturali nel continuo in campo dinamico possibile solo in un numero molto ristretto di casi, quali quelli mostrati in precedenza.
Negli altri casi comunque possibile ottenere soluzioni sufficientemente accurate ai fini applicativi attraverso processi di discretizzazione, tramite i quali si sostituisce il classico problema definito nel continuo, con infiniti gradi di libert (gdl), con un sistema discreto, dotato di un numero finito di gdl.
Il processo di discretizzazione conduce a due tipi principali di modelli: a masse concentrate, nei quali la massa della struttura viene condensata
in punti discreti, spesso tramite una semplice ragionevole suddivisione della massa totale
FEM, nei quali si ricorre alle usuali tecniche di approssimazione tramite funzioni di forma al fine di ottenere modelli in cui il campo di spostamenti (velocit, accelerazioni) descritto tramite un numero discreto di valori (quelli relativi ai nodi).
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MODELLI DISCRETIZZATILe differenze concettuali tra i due metodi di soluzione sono piuttosto contenute, dato che entrambi condividono la maggior parte delle tecniche di soluzione.
Dal punto di vista pratico, si tende ad utilizzare la tecnica a masse concentrate per la costruzione di modelli relativamente semplici (spesso risolubili in forma chiusa) in grado di prevedere il comportamento della struttura tenendo conto di un numero limitato di frequenze proprie (solitamente le prime di pulsazione pi bassa).
I modelli FEM sono invece in grado di trattare la struttura in un campo decisamente pi ampio di frequenze e tenendo conto di fenomeni di elevata complessit (es. irrigidimento da sforzo), difficilmente trattabili con modelli a masse concentrate.
I modelli a masse concentrate possono fornire un utilissimo termine di confronto per la validazione dei modelli FEM.
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Corso di Costruzione di macchine Elementi di Dinamica Strutturale tramite FEM
x
m
c k
22 0n nmx cx kx x x x + + = + + =
22 1n cr s ncr
k cc kmm c
= = = =
crc c