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Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte I
SISTEMI CONTINUI ‐ ASPETTI GENERALI
• Un mezzo continuo ha infiniti gdl e, di conseguenza, infiniti modi propri di vibrare
• L’analisi delle vibrazioni di sistemi continui è molto complessa e sono disponibili soluzioni in forma chiusa (analitiche) solo per i casi più semplici
• Casi che saranno trattati• Trave
• Vibrazioni estensionali (soluzione completa)• Vibrazioni flessionali (soluzione completa)
• Piastra circolare• Vibrazioni flessionali (caratteristiche della soluzione)
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Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte I
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
Equazione di equilibrio:
NdzzNNuAdz
zNuA
2
2
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Ndz
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
Ezuu
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2
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Ndz
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
2
22
zuu
tTzZtzu ,
2
2
2
2
2
2
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zzZtT
ztzu
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2
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2
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
2
22
2
2
zzZtT
ttTzZ
zZz
zZ
tTt
tT2
2
22
2
ZZ
TT II
2
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
ZZa
TT II
2
00
2
aZZaTTII
)sin()cos()(02
tBtAtTTT
)sin()cos()(
02
2
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
EL
kL
k
kLv
Lv
DLZ
Cv
Dv
CZ
tTLZtLutTZtu
0)sin(
0)0sin()0cos(0
0,00,0Trave bloccata agli estremi
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LS
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tica
/M
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Inge
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a
Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte I
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
Si può introdurre il parametro:
z
LkDzZ kksin
kL
k2
zDzZ
kkk
2sin
che corrisponde alla distanza tra punti corrispondenti in onde successive (lunghezza d’onda), esprimendo la funzione normale come:
k
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Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte I
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
kL
k2
zDzZ
kkk
2sin
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
L’oscillazione libera secondo la generica forma modale sarà data da una funzione del tipo:
)sin()sin()cos(),( zv
tDBtDAtzu kkkkkkkk
nella quale le due costanti AkDk e BkDk devono essere determinate in base alle condizioni inziali. L’oscillazione libera generale sarà infine data da:
11
)sin()sin()cos(),(),(k
kkkkkkk
kk z
vtDBtDAtzutzu
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Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte I
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
L’oscillazione libera secondo la generica forma modale sarà data da una funzione del tipo:
)cos()cos(2
)sin()sin(2
),(
)sin()sin()cos()cos()cos()cos()sin()sin(2
)sin()cos()cos()sin()cos()sin()sin()cos(2
),(
)sin()sin()sin()cos(),(
tzv
tzv
Ftzv
tzv
Etzu
zv
tzv
tzv
tzv
tF
zv
tzv
tzv
tzv
tEtzu
zv
tFzv
tEtzu
kk
kkk
kk
kkk
k
kk
kk
kk
kk
k
kk
kk
kk
kk
kk
kkk
kkkk
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI ESTENSIONALI
L
z dz
...3,2,1)( kEL
kKk
Le frequenze proprie, per altre modalità 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
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
z dzy
dz
T dzzTT
Equazione di equilibrio:
TdzzTTvAdz
IV
III
EJvzT
EJvT
v
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IVEJvvA
AEJk
vkv IV
2
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
z dzx
IVvkv 2 tTzVtzv ,
22 V
VkTT IV
02 TT 02
2
Vk
V IV
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
z dzx
)sin()cos()( tBtAtT 02 TT
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
z dzx
zizizz eFeEeDeCzVis
s
1111
44
)(;
0
02
2
Vk
V IV k
04 VV IV
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
z dzx
zizizz eFeEeDeCzV 1111)(
2
cosh2
cos
2sinh
2sin
zizizizi
zizzizi
eezeez
eezieez
zFzEzDzCzV coshsinhcossin)( 1
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SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
z dzx
zFzEzDzCzV
zFzEzDzCzVzFzEzDzCzV
III
II
I
sinhcoshsincos)(coshsinhcossin)(
sinhcoshsincos)(
3333
2222
ttdtd
ttttdtd
sinhcosh10cosh
1sinhcoshcoshsinh00sinh 22
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Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte I
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
z dzx
0)()()0()0( LVLVVV IIIIIIIIII
Trave libera agli estremi (z=0, L)
00sinh0cosh0sin0cos)0(
00cosh0sinh0cos0sin)0(3333
2222
CEFEDCVDFFEDCV
III
II
0sinhcoshsincos)(
0coshsinhcossin)(3333
2222
LFLELDLCLVLFLELDLCLV
III
II
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Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte I
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
z dzx
Trave libera agli estremi (z=0, L)
0sinhcoshsincos
0coshsinhcossin00
3333
2222
LFLELDLCLFLELDLC
CEDF
0
sinhcoshsincoscoshsinhcossin
01011010
det
3333
2222
LLLLLLLL
Per avere sln. non banale:
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Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte I
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
z dzx
Trave libera agli estremi (z=0, L)
LLLLLLLL
LLLLLLLL
LLLLLLLL
coscossinsinsinsinhcoshcos
coscoshsinhsincoshcoshsinhsinh
0
sinhcoshsincoscoshsinhcossin
01011010
det
3232
3232
3232
3232
3333
2222
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Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte ISISTEMI CONTINUI
TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALIL
z dzx
Trave libera agli estremi (z=0, L)
LLLLLL
LLLLLL
LLLLLL
LLLLLL
225
5
5
225
2525
55
55
2525
cossinsinsinhcoshcos
coscoshsinhsinsinhcosh
cossinsinsinhcoshcos
coscoshsinhsincoshsinh
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Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte I
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
z dzx
Trave libera agli estremi (z=0, L)
0coscosh12
1sinsinhcoshcoscoscoshsinhsin1
5
5
LL
LLLLLLLL
1coscosh LL
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Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte I
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
z dzx
Trave libera agli estremi (z=0, L)
1coscosh LL nn A
EJL
LA
EJk nnnn
2
222 1
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)
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Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte I
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
z dzx
Trave libera agli estremi (z=0, L)
0coshsinhcossin
LDLCLDLCCEDF
nnnn
CELLLLCF
LLLLCD
LLDLLC
nn
nn
nn
nn
nnnn
coshcossinsinh
coshcossinsinh
0coshcossinsinh
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Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte I
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
z
y
Trave libera agli estremi (z=0, L)
zzLLLLzzCzV nn
nn
nnnnnn
coshcos
coshcossinsinhsinhsin)(
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Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte I
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
zy
0)0()0( IVV
Trave incastrata ad un estremo (z=0) e libera all’altro (z=L)
0)()( LVLV IIIIICondizioni al contorno
A
EJL
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2 1 n 1 2 3 4 >4
nL 1.875 4.694 7.855 10.996 (n‐1/2)
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Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte I
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
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Trave incastrata ad un estremo (z=0) e libera all’altro (z=L)
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Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte I
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
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0)0()0( IVV
Trave incastrata agli estremi (z=0, L)
0)()( LVLV IIIIICondizioni al contorno
A
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2 1 n 1 2 3 4 >4
nL 4.730 7.853 10.996 14.137 (n+1/2)
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Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte I
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
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nn
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coscosh
coshcossinsinhsinsinh)(
Trave incastrata agli estremi (z=0, L)
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Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte I
SISTEMI CONTINUI TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
L
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0)0()0( IIVV
Trave appoggiata agli estremi (z=0, L)
0)()( LVLV IICondizioni al contorno
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nL 2 3 4 n
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Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte ISISTEMI CONTINUI
TRAVE SOGGETTA A VIBRAZIONI FLESSIONALI
zCzV nnn sin)(
L
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Trave appoggiata agli estremi (z=0, L)y
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Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte ISISTEMI 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
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Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte ISISTEMI 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
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Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte ISISTEMI 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
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Corso di Progettazione Assistita delle Strutture Meccaniche – Parte ISISTEMI CONTINUI PIASTRA CIRCOLARE
Le vibrazioni proprie di una piastra circolare di raggio R, sono date dalla seguente relazione:
2
3
2,
,
112
EhD
hD
Rmn
mn
Incastrata al bordo esterno
Libera al bordo esterno