6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

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  • 7/24/2019 6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

    1/24

    Vibracin forzada amortiguada

    )cos( tQkxxcxm f=++ &&&

    )cos(2 2 tqxxnx fn =++ &&&

    )cos()( 43 tCtsenCx ff +=

    )()cos( 43 tsenCtCx fff =&

    ( ))cos()( 432 tCtsenCx fff +=&&

    ( ) ( )( ) )cos()cos()(

    )()cos(2)cos()(

    43

    2

    4343

    2

    tqtCtsenC

    tsenCtCntCtsenC

    fffn

    ffffff

    =+

    +++

  • 7/24/2019 6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

    2/24

    Vibracin forzada amortiguada

    ( ) ( )( ) )cos()cos()(

    )()cos(2)cos()(

    43

    2

    43432

    tqtCtsenC

    tsenCtCntCtsenC

    fffn

    ffffff

    =++++

    )cos()cos()cos(2)cos()()(2)(

    4

    2

    34

    2

    3

    2

    43

    2

    tqtCtCntCtsenCtsenCntsenC

    ffnffff

    fnffff

    =+++

    0)cos(2)(24

    2

    34

    2

    3

    2

    43

    2 =++++ tqCCnCtsenCCnCfnfffnff

    ( )

    ( ) 02

    02

    4

    2

    34

    2

    3

    2

    43

    2

    =++

    =+

    qCCnC

    CCnC

    nff

    nff

    ( )22

    4

    3

    2

    fn

    fCnC

    = ( )

    ( )22222

    22

    4

    4 fnf

    fn

    n

    qC

    +

    =

  • 7/24/2019 6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

    3/24

    Vibracin forzada amortiguada

    )cos()( 43 tCtsenCx ff +=

    ( )222223

    4

    2

    fnf

    f

    n

    nqC

    +=

    ( )( )22222

    22

    4

    4 fnf

    fn

    n

    qC

    +

    =

    ( )

    ( )

    ( )

    )cos(

    4

    )(

    4

    222222

    22

    22222t

    n

    qtsen

    n

    nqx f

    fnf

    fn

    f

    fnf

    f

    +

    +

    +=

    )cos( = tAx f

    C4 C3

  • 7/24/2019 6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

    4/24

    Vibracin forzada amortiguada

    ( )( )

    ( ) )cos(

    4)(

    4

    222222

    22

    22222t

    n

    qtsenn

    nqx ffnf

    fn

    f

    fnf

    f

    ++

    +=

    )cos( = tAx f

    ( )

    ( )

    ( )

    2

    22222

    222

    22222

    2

    44

    2

    +

    +

    +=

    fnf

    fn

    fnf

    f

    n

    q

    n

    nqA

    ( )222222

    2

    4 fnfn

    qA

    +=

    ( ) ( ) ( ) ( )( )2222

    2

    2222

    2

    22222

    14144

    1

    +

    =

    +

    =

    +

    = n

    n

    f

    n

    f

    n

    n

    fnf

    q

    n

    q

    n

    qA

  • 7/24/2019 6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

    5/24

    Vibracin forzada amortiguada

    )cos( =

    tAx f

    ( )

    =

    =

    =22

    2

    22 1

    2

    1

    22

    arctg

    n

    arctg

    n

    arctg

    n

    f

    nf

    fn

    f

    ( ) ( ) ( )( )2222max

    14

    1

    +=k

    QA

    ( )

    ( ) ( ) ( )( )

    ( )

    ( ) ( ) ( )( )2

    222

    2

    2222

    2

    2

    14

    1

    2cos

    14

    1

    2cos

    +

    =

    +

    =

    arctgt

    k

    Qarctgt

    qx

    ff

    n

  • 7/24/2019 6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

    6/24

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    3.5

    4

    0 0.5 1 1.5 2

    Wf/Wn

    Beta

    n/Wn=2n/Wn=1

    n/Wn=0.5

    n/Wn=0.25

    n/Wn=0.15

    n/Wn=0.01

    Movimiento oscilatorio forzado amortiguado

    Factor de amplificacin

    ( ) ( ) ( )( )2222 141

    +=

  • 7/24/2019 6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

    7/24

    Movimiento oscilatorio forzado amortiguado

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    0 0.5 1 1.5 2

    Wf/Wn

    Angulod

    efase

    n/Wn=2

    n/Wn=1

    n/Wn=0.5

    n/Wn=0.25

    n/Wn=0.15

    n/Wn=0.01

    n/Wn=100

    ngulo de fase de la respuesta

    ( )

    =2

    1

    2

    arctg

  • 7/24/2019 6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

    8/24

    Movimiento oscilatorio forzado amortiguado

    Amplitud de la fuerza, Q = 10 Frecuencia, f

    = 1

    -15

    -10

    -5

    0

    5

    10

    15

    0 5 10 15 20

    tiempo

    X

    Fuerza, Wf=1

    n/Wn=2

    n/Wn=1

    n/Wn=0.5n/Wn=0.25

    n/Wn=0.15

    n/Wn=0.001

    n/Wn=100

    Constante de restitucin k=2, Frecuencia natural n

    = (g/Xest

    )1/2 = 1.4

  • 7/24/2019 6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

    9/24

    Movimiento oscilatorio forzado amortiguado

    Amplitud de la fuerza, Q = 10 Frecuencia, f

    = 2

    Constante de restitucin k=2, Frecuencia natural n

    = (g/Xest

    )1/2 = 1.4

    -15

    -10

    -5

    0

    5

    10

    15

    0 5 10 15 20

    tiempo

    X

    Fuerza, Wf=2

    n/Wn=2

    n/Wn=1

    n/Wn=0.5

    n/Wn=0.25n/Wn=0.15

    n/Wn=0.001

    n/Wn=100

  • 7/24/2019 6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

    10/24

    Movimiento oscilatorio forzado amortiguado

    Amplitud de la fuerza, Q = 10 Frecuencia, f

    = 1.4

    Constante de restitucin k=2, Frecuencia natural n

    = (g/Xest

    )1/2 = 1.4

    -20

    -15

    -10

    -5

    0

    5

    10

    15

    20

    0 5 10 15 20

    tiempo

    X

    Fuerza, Wf=1.4

    n/Wn=2

    n/Wn=1

    n/Wn=0.5

    n/Wn=0.25

    n/Wn=0.15

    n/Wn=100

  • 7/24/2019 6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

    11/24

    Movimiento oscilatorio forzado amortiguado

    Amplitud de la fuerza, Q = 10 Frecuencia, f

    = 1.4

    Constante de restitucin k=2, Frecuencia natural n

    = (g/Xest

    )1/2 = 1.4

    -300

    -200

    -100

    0

    100

    200

    300

    0 5 10 15 20

    tiempo

    X

    Fuerza, Wf=1.4

    n/Wn=2

    n/Wn=1

    n/Wn=0.5

    n/Wn=0.25

    n/Wn=0.15

    n/Wn=0.001

    n/Wn=100

  • 7/24/2019 6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

    12/24

    Vibracin forzada amortiguada

    )cos( tQkxxcxm f=++ &&&

    )cos( = tAx f

    )2

    cos()( +== tAtAsenx ffff&

    xtAx fff22 )cos( ==&&

    referencia

    kA

    cwfA

    mwf2A

    Q

  • 7/24/2019 6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

    13/24

    Vibracin forzada amortiguada: anlisis transitorio

    ph xxx +=

    ( )222223

    4

    2

    fnf

    f

    n

    nqC

    += ( )

    ( )2222222

    4

    4 fnf

    fn

    n

    qC

    +

    =

    )cos()()( 43 tCtsenCtx ffp +=

    ( ) )()cos( 21 tsenCtCetx ddtn

    h +=

    ( ) 4100 CCxtx +===

    ( ) ( )fd CCnCxtx 32100 ++=== &&

    ( )

    pd

    CnC

    d

    tn

    d

    d

    do

    tn

    xtsentCe

    tsennxx

    txetx

    d

    f +

    +

    ++=

    +

    )()cos(

    )()cos(

    34

    4

    00

    &

  • 7/24/2019 6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

    14/24

    Vibracin forzada amortiguada, aplicacin: DESBALANCE ROTATORIO

    ( ) ( )[ ] xckxtext

    mxmM &&& =++ cos

    2

    2

    ( ) xckxtemxM &&& = cos2

  • 7/24/2019 6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

    15/24

    Vibracin forzada amortiguada

    )cos()( 43 tCtsenCx ff +=

    ( )( )

    ( ) )cos(

    4)(

    4

    222222

    22

    22222t

    n

    qtsen

    n

    nqx f

    fnf

    fn

    f

    fnf

    f

    +

    +

    +=

    )cos( = tAx f

    C4 C3

    ( ) ( ) ( ) ( )( )22222

    22222 144

    1

    +=

    += n

    fnf

    q

    n

    qA

    ( )

    =

    =

    2221

    22

    arctgnarctg

    fn

    f

    ( ) ( ) ( ) ( )( )22222

    2

    22222

    2

    144

    1

    +=+= n

    fnfne

    A

    m

    M

  • 7/24/2019 6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

    16/24

    ( ) ( ) ( )( )2

    222

    2

    2

    14

    +

    = n

    e

    A

    m

    M

    ( )

    =2

    1

    2

    arctg

  • 7/24/2019 6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

    17/24

    Vibracin forzada amortiguada

    )cos( tQkxxcxm f=++ &&&

    )cos( = tAx f

    )2

    cos()( +== tAtAsenx ffff&

    xtAx fff22 )cos( ==&&

    referencia

    kA

    cwfA

    mwf2A

    Q

    Ft

    ( ) ( ) ( )( )2

    222 14

    1

    +

    =

    k

    QA

    ( ) ( ) ( )( )222222

    22222

    1441

    41

    +

    +

    =+=+=

    Q

    kAAckF ft

    ( )

    =

    21

    2

    arctg

    ( ) ( ) ( )( )222222

    14

    41

    +

    +=Q

    Ft

  • 7/24/2019 6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

    18/24

    ( ) ( ) ( )( )2222

    22

    14

    41

    +

    +=

    Q

    Ft

  • 7/24/2019 6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

    19/24

    Fuerza pulsante peridica generalizada: Introduccin

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    20/24

    Fuerza pulsante peridica generalizada: Aplicacin de Series de Fourier

    ++=11

    0 )()cos()( tnsenbtmaatF nm

    mndttnsentmsen

    = )()(

    mn

    dttntm

    =

    )cos()cos(

    0)()cos( = dttnsentm

  • 7/24/2019 6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

    21/24

    F(t) = Pwt/

    para t perteneciente al intervalo [0, /w]

    F(t) = Pwt/

    2P

    para t perteneciente al intervalo (/w,2/w]

    Para describir la fuerza pulsante en funcin del tiempo se utiliza series deFourier.

    Fuerza pulsante peridica generalizada: Aplicacin de Series de Fourier

    /w

    2/w

  • 7/24/2019 6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

    22/24

    ao

    = w/2

    0/w

    Pwt/

    dt

    + w/2

    /w2/w

    (Pwt/

    2P) dt

    ao

    = P w2/(22) 02/w

    t dt

    -

    P w/

    /w2/w

    dt

    = P w2/(22 ) (t2/2)02/w

    -

    P w/

    (t)/w2/w

    = P

    P = 0

    an

    = w/

    0/w

    Pwt/

    cos(nwt) dt

    + w/

    /w2/w

    (Pwt/

    2P) cos(nwt) dt

    = w/

    0

    2/w

    Pwt/

    cos(nwt) dt

    -

    2P w/

    /w

    2/w

    cos(nwt)dt

    an

    = Pw/(n2 ) 02/w

    nwt

    cos(nwt) dt

    -

    2P w/

    /(nw) /w2/w

    nw

    cos(nwt)dt

    Si u = nwt

    , du

    = nw

    dt

    , lmites de integracin: u

    = nwt

    an

    = Pw/(n2)/(nw) 02n

    u cos(u) du

    -

    2P w/

    /(nw) n2n

    cos(u) du

    = Pw/(n2)/(nw) |cos(u) + u sen(u)| 02n

    - 2P w/

    /(nw) |sen(u)| n2n

    = 0

  • 7/24/2019 6 Movimiento Oscilatorio Forzado Amortiguado

    23/24

    bn

    = w/

    0/w

    Pwt/

    sen(nwt) dt

    + w/

    /w2/w

    (Pwt/

    2P) sen(nwt) dt

    = w/

    02/w

    Pwt/

    sen(nwt) dt

    2P w/

    /w2/w

    sen(nwt) dt

    = Pw/(n2)/(nw) 02n

    u sen(u) du

    -

    2P w/

    /(nw) n2n

    sen(u) du

    = Pw/(n2)/(nw) |sen(u) -

    u cos(u)| 02n

    + 2P w/

    /(nw) |cos(u)| n2n

    = -

    Pw/(n2)/(nw) 2n

    + 2P/(nw) w/

    (1

    (-1)n) =

    bn

    = -

    2 P/(n) + 2P/(n) (1

    (-1)n) = 2P(-1)n+1/(n )

    Por lo tanto:

    F(t) = 2P/

    (-1)n+1

    sen(nwt)/n

    con: n = 1,2,3,

    F(t) = 2P/

    (sen(wt)

    1/2sen(2wt) + ....)

    Resultado idntico al reportado en Timoshenko

    ejercicio 1.11-4.

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