BÖLÜM 4 TEK SERBESTLİK DERECELİ SİSTEMLERİN HARMONİK OLARAK ZORLANMIŞ TİTREŞİMİ

Benzer belgeler
Bölüm 3. Tek Serbestlik Dereceli Sistemlerin Zorlanmamış Titreşimi

MEKANİK TİTREŞİMLER. Doç. Dr. Mehmet İTİK

Yapı Sistemlerinin Hesabı İçin. Matris Metotları. Prof.Dr. Engin ORAKDÖĞEN Doç.Dr. Ercan YÜKSEL Bahar Yarıyılı

SÖNÜMLÜ SERBEST TİTREŞİMLER

T.C. SÜLEYMAN DEMĐREL ÜNĐVERSĐTESĐ MÜHENDĐSLĐK FAKÜLTESĐ MAKĐNE MÜHENDĐSLĐĞĐ BÖLÜMÜ

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM HAFTA 9 COSMOSWORKS İLE ANALİZ

Yapı Sistemlerinin Hesabı İçin. Matris Metotları. Prof.Dr. Engin ORAKDÖĞEN Doç.Dr. Ercan YÜKSEL Bahar Yarıyılı

MEKANĠK TĠTREġĠMLER DENEYĠ

Zorlamalı Titreşim ş Testleri

Titreşim Deney Düzeneği

MAKİNA TEORİSİ ÖDEV 3. A) Problemlerin Yanıtları

MEKANİK TİTREŞİMLER DERS NOTLARI

Şekil 1. DEÜ Test Asansörü kuyusu.

Temel bilgiler-flipped Classroom Akslar ve Miller

1.1 Yapı Dinamiğine Giriş

Temel Kavramlar ve Hesap Yöntemleri. Döşeme Sistemlerinde Titreşim Ve Kullanım Durumlarına Göre Tasarım. Neden döşeme titreşimleriyle ilgileniyoruz?

ELASTİK DALGA YAYINIMI

TİTREŞİM VE DALGALAR BÖLÜM PERİYODİK HAREKET

Sistem Dinamiği. Bölüm 4-Mekanik Sistemlerde Yay ve Sönüm Elemanı. Doç.Dr. Erhan AKDOĞAN

YAPI ZEMİN ETKİLEŞİMİ. Yrd. Doç. Dr Mehmet Alpaslan KÖROĞLU

SORULAR. x=l. Şekil-1

MAKİNE ELEMANLARI DERS SLAYTLARI

KOÜ. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği ( 1. ve 2. Öğretim ) Bölümü Dinamik Dersi (Türkçe Dilinde) 2. Çalişma Soruları / 21 Ekim 2018

DÜZLEMDE GERİLME DÖNÜŞÜMLERİ

Hareket Kanunları Uygulamaları

Genel Bilgiler. Giriş Titreşimlerin Sebepleri Titreşimlerin Sonuçları Sistemlerin Titreşim Analizi Titreşim ve İnsan

Makine Elemanları I Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Temel bilgiler-flipped Classroom Akslar ve Miller

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

RÜZGAR TÜRBİNİ PERVANE KANADININ TİTREŞİM ANALİZİ. Doç. Dr. Aydoğan ÖZDAMAR*

BASİT HARMONİK HAREKET

5.DENEY. d F. ma m m dt. d y. d y. -kx. Araç. Basit. denge (1) (2) (3) denklemi yazılabilir. (4)

2. POTANSİYEL VE KİNETİK ENERJİ 2.1. CİSİMLERİN POTANSİYEL ENERJİSİ. Konumundan dolayı bir cismin sahip olduğu enerjiye Potansiyel Enerji denir.

BİR ASANSÖR KABİNİ SÜSPANSİYONU İÇİN DÜŞME ANALİZİ

1) Bir sarkacın hareketini deneysel olarak incelemek ve teori ile karşılaştırmak. 2) Basit sarkaç yardımıyla yerçekimi ivmesini belirlemek.

Mühendislik Mekaniği Dinamik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

İleri Diferansiyel Denklemler

BTÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE LABORATUVARI DERSİ

Fizik 101: Ders 23 Gündem

(Mekanik Sistemlerde PID Kontrol Uygulaması - 1) SÜSPANSİYON SİSTEMLERİNİN PID İLE KONTROLÜ. DENEY SORUMLUSU Arş.Gör. Sertaç SAVAŞ

DİNAMİK. Merkezcil Kuvvet Kütle Çekimi. Konu Başlıkları Serbest Cisim Diyagramı Newton un Hareket Kanunları. Sürtünme Kuvveti

1. DENEY ADI: Rezonans Deneyi. analitik olarak bulmak denir. Serbestlik Derecesi: Genlik: Periyot: Frekans: Harmonik Hareket:

Mühendislik Mekaniği Dinamik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

DENİZ HARP OKULU MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ

δ / = P L A E = [+35 kn](0.75 m)(10 ) = mm Sonuç pozitif olduğundan çubuk uzayacak ve A noktası yukarı doğru yer değiştirecektir.

MM 409 MatLAB-Simulink e GİRİŞ

Malzeme yavaşça artan yükler altında denendiği zaman, belirli bir sınır gerilmede dayanımı sona erip kopmaktadır.

FIZ Uygulama Vektörler

BÖLÜM 4: MADDESEL NOKTANIN KİNETİĞİ: İMPULS ve MOMENTUM

Bölüm 5: Sonlu Kontrol Hacmi Analizi

HİTİT ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI I DERSİ STATİK DENGELEME DENEYİ FÖYÜ

r r r F İŞ : Şekil yörüngesinde hareket eden bir parçacık üzerine kuvvetini göstermektedir. Parçacık A noktasından

BÖLÜM I GİRİŞ (1.1) y(t) veya y(x) T veya λ. a t veya x. Şekil 1.1 Dalga. a genlik, T peryod (veya λ dalga boyu)

HAREKET HAREKET KUVVET İLİŞKİSİ

Musa DEMİRCİ. KTO Karatay Üniversitesi. Konya

AKM 205-BÖLÜM 2-UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ

Bölüm 9: Doğrusal momentum ve çarpışmalar

ELK-301 ELEKTRİK MAKİNALARI-1

DİNAMİK TEKNOLOJİNİN BİLİMSEL İLKELERİ

BÖLÜM HARMONİK OSİLATÖR

ÖN SÖZ... ix BÖLÜM 1: GİRİŞ Kaynaklar...6 BÖLÜM 2: TEMEL KAVRAMLAR... 7

OTOMATİK KONTROL SİSTEMLERİ. DİNAMİK SİSTEMLERİN MODELLENMESİ ve ANALİZİ

Fiz Ders 10 Katı Cismin Sabit Bir Eksen Etrafında Dönmesi

BURSA TECHNICAL UNIVERSITY (BTU) Department of Mechanical Engineering

GÜÇ-TORK. KW-KVA İlişkisi POMPA MOTOR GÜCÜ

Makina Dinamiği. Yrd. Doç. Dr. Semih Sezer.

YAPILARIN ZORLANMIŞ TİTREŞİM DURUMLARININ ARAŞTIRILMASI

Fizik 101: Ders 7 Ajanda

Şekil-1. Doğru ve Alternatif Akım dalga şekilleri

Elektrikli Vibratör Sürücüleri

Theory Turkish (Turkmenistan) Bu soruya başlamadan önce lütfen ayrı bir zarfta verilen genel talimatları okuyunuz.

Otomatik Kontrol. Kapalı Çevrim Kontrol Sistemin Genel Gereklilikleri. Hazırlayan: Dr. Nurdan Bilgin

FİZ217 TİTREŞİMLER VE DALGALAR DERSİNİN 2. ARA SINAV SORU CEVAPLARI

KKKKK. Adı Soyadı : Numarası : Bölümü : İmzası : FİZİK I

Fotoğraf Albümü. Zeliha Kuyumcu. Mesnetlerinden Farklı Yer Hareketlerine Maruz Kablolu Köprülerin Stokastik Analizi

AKM 205 BÖLÜM 2 - UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ. Doç.Dr. Ali Can Takinacı Ar.Gör. Yük. Müh. Murat Özbulut

Bu Bölüm için Sınav Süresi : 30 dakika. Başarılar Dilerim. Yrd. Doç. Dr. Müh. Şenol ŞAHİN

Ders. 5 Yer Tepki Analizleri

KKKKK VERİLER. Yer çekimi ivmesi : g=10 m/s 2. Metrik Ön Takılar sin 45 = cos 45 = 0,7

Rijit Cisimlerin Dengesi

Fizik-1 UYGULAMA-7. Katı bir cismin sabit bir eksen etrafında dönmesi

AKM 205 BÖLÜM 6 - UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ Doç.Dr. Ali Can Takinacı Ar.Gör. Yük. Müh. Murat Özbulut

TRAKYA ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi / Makine Mühendisliği Bölümü. Basit Harmonik Hareket Deneyi Deney Föyü. Edirne

Mekanik İp dalgalarının faz hızı. Dinamik. İhtiyacınız Olanlar:

Dielektrik malzeme DİELEKTRİK ÖZELLİKLER. Elektriksel Kutuplaşma. Dielektrik malzemeler. Kutuplaşma Türleri Elektronik kutuplaşma

MAK 308 MAKİNA DİNAMİĞİ Bahar Dr. Nurdan Bilgin

MADDESEL NOKTALARIN DİNAMİĞİ

Deprem Mühendisliğine Giriş. Onur ONAT

Cobra3 lü Akuple Sarkaçlar

Sistem Dinamiği. Bölüm 9- Frekans Domeninde Sistem Analizi. Doç.Dr. Erhan AKDOĞAN

BURULMA (TORSİON) Dairesel Kesitli Çubukların (Millerin) Burulması MUKAVEMET - Ders Notları - Prof.Dr. Mehmet Zor

DENEY 1. İncelenmesi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi

SUYUN EK KÜTLESİNİN DENİZ BETONARME PETROL PLATFORMASININ DİNAMİĞİNE ETKİSİ

Devre Teorisi Ders Notu Dr. Nurettin ACIR ve Dr. Engin Cemal MENGÜÇ

İNM Ders 2.1 Dinamik Yükler, Yer Hareketi Parametreleri ve İvme Spektrumları

Bir cisme etki eden kuvvetlerin bileşkesi sıfır ise, cisim ya durur, ya da bir doğru boyunca sabit hızla hareketine devam eder.

İş-Kinetik Enerji, Potansiyel Enerji, Enerji Korunumu

Potansiyel Enerji. Fiz Ders 8. Kütle - Çekim Potansiyel Enerjisi. Esneklik Potansiyel Enerjisi. Mekanik Enerjinin Korunumu

RİJİT CİSİMLERİN DÜZLEMSEL KİNEMATİĞİ

KATI CİSMİN DÜZLEMSEL KİNETİĞİ (Kinetik Enerji)

KOÜ. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü (1. ve 2.Öğretim / B Şubesi) MMK208 Mukavemet II Dersi - 1. Çalışma Soruları 23 Şubat 2019

Transkript:

BÖLÜM 4 TEK SERBESTLİK DERECELİ SİSTEMLERİN HARMONİK OLARAK ZORLANMIŞ TİTREŞİMİ Kaynaklar: S.S. Rao, Mechanical Vibrations, Pearson, Zeki Kıral Ders notları

Mekanik veya yapısal sistemlere dışarıdan bir enerji girişi verilerek titreşime maruz bırakılırsa buna zorlanmış titreşim adı verilir. Dışarıdan enerji girişi iki yolla uygulanır. Bunlar kuvvet uygulanması veya yer değişimi uygulanmasıdır. Uygulanan kuvvet veya yerdeğişimi harmonik, periyodik veya periyodik olmayan ve gelişigüzel olabilir. Sistemin harmonik bir girişe karşı gösterdiği davranışa sistemin harmonik cevabı adı verilir. Unutmamak gerekir ki harmonik bir giriş karşısında sistemin cevabı da harmonik olur. Zorlama girdisinin frekansı sistemin doğal frekansı ile çakışırsa bu durumda REZONANS adı verilen olay gerçekleşir. Sistemlerin rezonanstan kaçınması gereklidir. Sistemin başlangıç koşulları veya aniden uygulanan periyodik olmayan girişlere verdiği cevaba ise sistemin geçici cevabı adı verilir.

Elimizdeki hareket denklemi homojen olmayan bir diferansiyel denklemdir. Bu durumda çözüm iki kısımdan oluşmaktadır. A) Sıfırdan farklı başlangıç koşullarından kaynaklanan hareket (Serbest titreşim hareketi), Yani Homojen denklemin çözümü xh(t)

B) Sıfır başlangıç koşulları kabul edilip sadece zorlayıcı kuvvetten kaynaklanan hareket (zorlanmış titreşim hareketi), Yani denklemin özel çözümü xp(t) Toplam hareket bu iki çözümün birleştirilmesi ile elde edilir. Belli bir süre sonra xh(t) sıfıra gider. Buna geçici hal davranışı denir. Sonrasında sistem sadece zorlayıcı kuvvet etkisi ile hareket eder. Buna da Kalıcı hal davranışı denir.

Sönümsüz Bir Sistemin Harmonik Olarak Zorlanmış Titreşimi Sistemin homojen çözümü (Yani zorlama kuvveti olmadan sadece başlangıç koşullarından kaynaklanan hareket) Sistemin özel çözümü (Yani sadece zorlama kuvvetinden kaynaklanan hareket): Burada zorlama kuvveti harmonik olduğu için çözüm de harmonik olacaktır. Burada X hareketin maksimum genliğidir.

Xp nin türevi ve kendisi hareket denkleminde yerine konursa Yayın statik uzaması/kısalmasını ifade etmektedir. Çünkü F0 statik bir kuvvettir. Buradan toplam hareket:

Zorlanmış harekette Genlik oranı, yani dinamik genliğin statik genliğe oranını vermektedir. Bu ifadenin diğer bir adı da Büyütme Faktörüdür. Olduğu durumda xp(t) Kuvvet ile aynı fazdadır Olduğu durumda xp(t) Kuvvet ile zıt fazdadır Olduğu durumda xp(t) sonsuza gider. Bu duruma REZONANS denir.

Örnek: Pistonlu pompanın ağırlığı 150 lb dir ve Çelik levha şeklindeki bir tabanın ortasına monte edilmiştir. Pompanın titreşim genliğini bulunuz. x in negatif işareti F ile zıt fazda olduğunu göstermektedir.

Sönümlü Bir Sistemin Harmonik Olarak Zorlanmış Titreşimi Sönümlü bir t.s.d. sisteme harmonik bir zorlama uygulansın: Başlangıç koşulları sıfır, yani sistemin özel çözümü için harmonik zorlamaya sistemin vereceği konum değişimi de harmonik olacağından Yukarıdaki özel çözüm adayı ve türevleri hareket denkleminde yerine konursa Aşağıda verilen trigonometrik bağıntılardan faydalanılırsa

Dinamik genlik X ve faz farkı Phi aşağıdaki gibi elde edilir Doğal frekans: Sönüm oranı: Statik genlik: Frekans oranı: İfadeleri yerine konursa,

M= oranına büyütme faktörü adı verilir. Büyütme faktörünün frekans oranı r ve sönüm oranı ile ilişkisi:

Rezonans durumu incelenir ise, resonans frekansı sıfır sönüm için w_n dir. Fakat sönüm arttıkça en büyük genliğin elde edildiği frekans değerine REZONANS FREKANSI adı verilir. Bu frekans değerinde cevap genliği eğrisinin türevi sıfıra eşittir. Rezonans frekansı doğal frekanstan daha düşüktür. Deneysel sistemde eğer sönümlü titreşimin max. Genliğini ölçersek buradan sönüm oranı bulunur.

Harmonik Zemin Hareketi Durumu: Sistemin hareket denklemi gibi bir harmonik hareket durumunda sistem denklemi Burada

Şeklinde bir çözüm elde edileceği için gerekli işlemler yapılırsa; Burada Td = X/Y oranına Konum iletim oranı adı verilir.

Bu durumda kütleye iletilen kuvvet

Örnek: Şekilde verilen taşıt yol profilinden dolayı titreşmektedir. Taşıt kütlesi 1200 kg, aracın yay sabiti k= 400 kn/m ve sönüm oranı 0.5 dir. Araç 20 km/h hızla ilerlediğinde aracın titreşim genliğini bulunuz. Yol profili için Y=0.05m ve dalga boyu 6 m dir. Bu 5 cm lik bir tümseğin arabanın şasesine doğal olarak yolcuya 5.5 cm olarak iletildiğini gösterir.

Kütle Dengesizliği Sonucu Oluşan Titreşimler: Dönel makinalarda dönme ekseni ile kütle merkezinin çakışmaması sonucu ortaya çıkan eksantriklikten kaynaklan titreşimlerdir. Mx cx kx me 2 sin t M: Makinanın toplam kütlesi m: Dengesizlik kütlesi e: eksantriklik yarı çapı X 2 2 me me r ( k M ) ( c ) M (1 r ) (2 r) 2 2 2 1/2 2 2 2 1/2 tan c 2r tan k M 1r 1 1 2 2

Örnek: M kütleli bir elektrik motoru elastik zemine sabitlenmiştir. Rezonans frekansında motorun 0.15 m genlikle titreştiği görülmüştür. Motorun üretim esnasında kullanılan toleranslardan dolayı dengesizliği motor kütlesinin %8 i kadardır. Zeminin sönüm oranı 0.025 olduğuna göre a) Dengesizlik yarı çapı (e) yi bulunuz, b) Elektrik motorunun rezonans frekansından geçişteki maksimum yer değişimi c) Motorun rezonanstaki yer değişiminin 0.1 m. ye düşürülmesi için eklenmesi gereken kütleyi bulunuz. a) Rezonans durumundaki yer değişimi (r=1) Buradan eksantiriklik

b) Motorun tepe yer değişimi Buradan tepe yerdeğişimi c) Motora ek kütle yerleştirilirse bu durumda oluşan yer değişimi Buradan Ma= 0.5M elde edilir. Motorun kütlesi %50 artırılırsa rezonanstaki yer değişimi 0.15m den 0.10m ye düşmektedir.

Örnek: Bir uçak motoru dönme ekseninden r kadar uzakta bir m dengesizliğine sahiptir. Eğer kanat uniform kesit alanına sahip bir ucu ankastre kiriş olarak ele alınırsa (modellenirse), kirişin maksimum yer değişimini veren motorun dönme hızını d/dk olarak bulunuz. Sönümü ve motor ile serbest uç arasındaki kanat etkisini ihmal ediniz. Kanadın motorun olduğu yerdeki eş değer yay katsayısı Dengesizlik kuvveti Motorun bulunduğu yerdekieş değer kütle Hareket denklemi Titreşim genliği

Örnek: Helikopter koltuğu Titreşiminin Azaltılması Helikopter koltuğu pilot ile birlikte 1000N ağırlığında olup kendi ağırlığından dolayı 10 mm statik çökme yapmaktatır. Helikopter pervanesinin rotorundan kaynaklanan titreşim koltuğun tabanında 4 Hz frekansında ve 0.2 mm genliğinde harmonik titreşim meydana getirmektedir. a) Pilot tarafından hissedilen titreşimin seviyesini belirleyiniz? b) Titreşimin etkisini azaltmak için koltuk tasarımında nasıl değişiklikler yapılmalıdır?

Kütle = m = 1000/9.81 = 101.9368 kg Yay sabiti = k = W/δ st = 1000/0.01 = 10 5 N/m Doğal frekans= ω n = k m 10 5 31.3209 rad/s 4.9849 101.9368 Hz Frekans oranı= r = 4.9849 1.2462 4.0 Pilot tarafından hissedilen titreşim genliği: n X Y 1 r 2 Burada Y zemin titreşimidir. Yani helikopterin rotorundan kaynaklı koltuğun alt kısmındaki titreşim.

X v a max max 0.2 2 11.2462 2fX 2 0.3616 mm 5 0.3616 9.0887 mm/s 2 2 2 2f X 228.4074 mm/s 0.2284 m/s 4 Hz de, 0.3616 mm yer değişim genliği çok fazla rahatsızlık vermeyebilir. Fakat hız ve ivme değerleri bu frekans için rahatsızlık verici seviyededir. Bunu nomografta verilen aralık ve standartlardan bulabiliriz. a max ı 0.01 m/s 2 ye düşürmeye çalışırsak;

a max X 10 mm/s 2 0.01583 mm 2 2f X 8 2 X Y 0.01583 0.2 1 1 r 2 or r 3.6923 n 8 6.8068 rad/s 3.6923 3.6923 m 101.9368 kg k 4722.9837 N/m k m Ya daha yumuşak bir koltuk malzemesi kullanılmalı veya koltuğun kütlesi artırılmalıdır.