Πολυβάθμια Συστήματα. (συνέχεια)

Σχετικά έγγραφα
Πολυβάθμια Συστήματα ( ) Εξαναγκασμένη Ταλάντωση

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΤΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ Ενότητα 11: ΟΡΘΟΓΩΝΙΚΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΙΔΙΟΜΟΡΦΩΝ Διδάσκων: Κολιόπουλος Παναγιώτης ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ

Πολυβάθμια Συστήματα. (συνέχεια)

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΤΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ. Διδάσκων: Κολιόπουλος Παναγιώτης

Ελεύθερη Ταλάντωση Μονοβάθμιου Συστήματος

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 13. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

ΕΛΕΥΘΕΡΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΠΟΛΥΒΑΘΜΙΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 73

Εξαναγκασμένη Ταλάντωση. Τυχαία Φόρτιση (Ολοκλήρωμα Duhamel)

Διδάσκων: Κολιόπουλος Παναγιώτης

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 12. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

7. Δυναμική Ανάλυση ΠΒΣ

Εξαναγκασμένη Ταλάντωση. Αρμονική Φόρτιση

Γενικευμένα Mονοβάθμια Συστήματα

ΚΑΤΑΣΤΡΩΣΗ ΔΙΑΦΟΡΙΚΩΝ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ ΠΟΛΥΒΑΘΜΙΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 55

Τι είναι βαθμωτό μέγεθος? Ένα μέγεθος που περιγράφεται μόνο με έναν αριθμό (π.χ. πίεση)

ΕΞΑΝΑΓΚΑΣΜΕΝΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΠΟΛΥΒΑΘΜΙΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 93

ΣΥΜΜΕΤΟΧΗ Ι ΙΟΜΟΡΦΩΝ ΣΤΗ ΜΕΘΟ Ο ΕΠΑΛΛΗΛΙΑΣ

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Πολυβάθμια Συστήματα. Ε.Ι. Σαπουντζάκης. Καθηγητής ΕΜΠ. Δυναμική Ανάλυση Ραβδωτών Φορέων

Δυναμική Μηχανών I. Ιδιοανυσματική Ανάλυση

ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΟΛΛΩΝ ΒΑΘΜΩΝ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑΣ

ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΠΟΛΥΒΑΘΜΙΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Εξαναγκασμένη Ταλάντωση. Αρμονική Φόρτιση (...)

υναµική Μηχανών Ι Ακαδηµαϊκό έτος : Ε. Μ. Π. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών - Εργαστήριο υναµικής και Κατασκευών ΥΝΑΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΩΝ Ι - 8.

Λυμένες ασκήσεις στροφορμής

7. Ταλαντώσεις σε συστήµατα µε πολλούς βαθµούς ελευθερίας

Επίλυση Συστήματος Γραμμικών Διαφορικών Εξισώσεων

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες. Δομή της παρουσίασης

υναµική Μηχανών Ι Ακαδηµαϊκό έτος : Ε. Μ. Π. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών - Εργαστήριο υναµικής και Κατασκευών ΥΝΑΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΩΝ Ι - 10.

= 7. Στο σημείο αυτό θα υπενθυμίσουμε κάποιες βασικές ιδιότητες του μετασχηματισμού Laplace, δηλαδή τις

Κεφάλαιο 1: Προβλήµατα τύπου Sturm-Liouville

Σφαίρα σε ράγες: Η συνάρτηση Lagrange. Ν. Παναγιωτίδης

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΤΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ. Διδάσκων: Κολιόπουλος Παναγιώτης

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 8. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΤΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ Ενότητα 3&4: ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ ΑΡΜΟΝΙΚΗΣ ΔΙΕΓΕΡΣΗΣ. Διδάσκων: Κολιόπουλος Παναγιώτης ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ

Δυναμική Μηχανών I. Ιδιομορφές

Δυναμική Μηχανών I. Επίλυση Προβλημάτων Αρχικών Συνθηκών. σε Συστήματα Συνήθων Διαφορικών Εξισώσεων με Σταθερούς Συντελεστές

Δυναμική Μηχανών I. Επανάληψη: Μαθηματικά

Αντισεισμική Τεχνολογία Ι. Σεισμική Απόκριση Πολυβαθμιών Συστημάτων. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Ιδιάζουσες τιμές πίνακα. y έχουμε αντίστοιχα τις σχέσεις : Αυτές οι παρατηρήσεις συμβάλλουν στην παραγοντοποίηση ενός πίνακα

Σφαίρα σε ράγες: Η συνάρτηση Lagrange. Ν. Παναγιωτίδης

υναµική Μηχανών Ι Ακαδηµαϊκό έτος : Ε. Μ. Π. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών - Εργαστήριο υναµικής και Κατασκευών ΥΝΑΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΩΝ Ι - 9.

Τετραγωνικά μοντέλα. Τετραγωνικό μοντέλο συνάρτησης. Παράδειγμα τετραγωνικού μοντέλου #1. Παράδειγμα τετραγωνικού μοντέλου #1

Κεφάλαιο 14: Στατική μη-γραμμική Ανάλυση (Pushover Analysis) Πολυωρόφων

Δυναμική Μηχανών I. Επίλυση Προβλημάτων Αρχικών Συνθηκών σε Συνήθεις. Διαφορικές Εξισώσεις με Σταθερούς Συντελεστές

Τετραγωνικά μοντέλα. Τετραγωνικό μοντέλο συνάρτησης. Παράδειγμα τετραγωνικού μοντέλου #1. Παράδειγμα τετραγωνικού μοντέλου #1

Υπολογισμός της σεισμικής δυναμικής ή μη-γραμμικής απόκρισης των κατασκευών.

Συζευγμένα ταλαντώσεις - Ένα άλλο σύστημα

Εισαγωγικές Έννοιες. Οι καλές ταλαντώσεις!

Δυναμική Μηχανών I. Προσέγγιση Galerkin

Κανονικ ες ταλαντ ωσεις

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΙ ΧΩΡΟΙ. Διανυσματικός χώρος

Ελεύθερη Ταλάντωση Μονοβάθμιου Συστήματος (συνέχεια)

Σπιν 1 2. Γενικά. Ŝ και S ˆz γράφονται. ιδιοκαταστάσεις αποτελούν ορθοκανονική βάση στον χώρο των καταστάσεων του σπιν 1 2.

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

Συστήματα συντεταγμένων

Μικρές ταλαντώσεις Συζευγμένες ταλαντώσεις

, όπου οι σταθερές προσδιορίζονται από τις αρχικές συνθήκες.

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Δυναμική Μηχανών I. Σύνοψη Εξεταστέας Ύλης

website:

ΑΣΚΗΣΗ 7. έκδοση DΥΝI-EXC b

ΑΣΚΗΣΗ 8. έκδοση DΥΝI-EXC b

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο 3.2 Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΟΥ ΓΡΑΜΜΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΚΑΙ Η. (Σ) όπου α, β, α, β, είναι οι

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΤΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ. Διδάσκων: Κολιόπουλος Παναγιώτης

Παραδείγματα Απαλοιφή Gauss Απαλοιφή Gauss Jordan

Παράδειγμα 14.2 Να βρεθεί ο μετασχηματισμός Laplace των συναρτήσεων

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 22. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

[1] είναι ταυτοτικά ίση με το μηδέν. Στην περίπτωση που το στήριγμα μιας συνάρτησης ελέγχου φ ( x)

I. ΜΙΓΑΔΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ. math-gr

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Τελική Εξέταση Ι. Λυχναρόπουλος

Ασκήσεις6 Το σύνηθες εσωτερικό γινόμενο στο

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Σύνθεση ή σύζευξη ταλαντώσεων;

υναµική Μηχανών Ι Ακαδηµαϊκό έτος : Ε. Μ. Π. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών - Εργαστήριο υναµικής και Κατασκευών ΥΝΑΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΩΝ Ι - 22.

1 p p a y. , όπου H 1,2. u l, όπου l r p και u τυχαίο μοναδιαίο διάνυσμα. Δείξτε ότι μπορούν να γραφούν σε διανυσματική μορφή ως εξής.

ΠΛΗ 12 - Ιδιοτιμές και ιδιοδιανύσματα

Κλασική Ηλεκτροδυναμική Ι

υναµική Μηχανών Ι Ακαδηµαϊκό έτος : Ε. Μ. Π. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών - Εργαστήριο υναµικής και Κατασκευών ΥΝΑΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΩΝ Ι - 7.

Παραδείγματα Απαλοιφή Gauss Απαλοιφή Gauss-Jordan Παραγοντοποίηση LU, LDU

Σπιν 1/2. Γενικά. 2 Υπενθυμίζουμε ότι τα έξι κουάρκ και τα έξι λεπτόνια του Καθιερωμένου Προτύπου,

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΩΝ Ι

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ. Μαθηματικά 2. Σταύρος Παπαϊωάννου

Κεφάλαιο 2: Διανυσματικός λογισμός συστήματα αναφοράς

Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών και Μηχανικών Περιβάλλοντος ΠΠΜ 501: Προχωρημένη Ανάλυση Κατασκευών με Η/Υ. Ενδιάμεση Πρόοδος. 6:00-8:00 μ. μ.

Κεφάλαιο 2. Διανύσματα και Συστήματα Συντεταγμένων

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΜΗΧΑΝΩΝ

n, C n, διανύσματα στο χώρο Εισαγωγή

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΓΡΑΜΜΙΚΗΣ ΑΛΓΕΒΡΑΣ. ρ Χρήστου Νικολαϊδη

ΜΑΣ121: ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ I Εαρινό εξάμηνο , Διδάσκων: Γιώργος Γεωργίου ΕΝΔΙΑΜΕΣΗ ΕΞΕΤΑΣΗ, Διάρκεια: 2 ώρες 18 Νοεμβρίου, 2017

Κεφάλαιο 3 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΡΑΜΜΙΚΗΣ ΑΛΓΕΒΡΑΣ

Η Επιτάχυνση. η τα- χύτητά του ( Σχήμα 1 ). Από τον ορισμό της ταχύτητας θα ισχύει (3)

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΙΔΙΟΤΙΜΩΝ ΚΑΙ ΙΔΙΟΜΟΡΦΩΝ 103

2ο Μάθημα Μετασχηματισμοί 2Δ/3Δ και Συστήματα Συντεταγμένων

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

1.2 Συντεταγμένες στο Επίπεδο

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 9: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Transcript:

Πολυβάθμια Συστήματα (συνέχεια)

Ορθογωνικότητα Ιδιομορφών Πολυβάθμια Συστήματα: Δ21-2 Μία από τις σπουδαιότερες ιδιότητες των ιδιομορφών είναι η ορθογωνικότητα τους ως προς τα μητρώα μάζας [m] και ακαμψίας [k]. Η ιδιότητααυτήεκφράζεταιωςακολούθως: { φ } { φ } k = 0 για { φ } { φ } m = 0 για (20)

Ορθογωνικότητα Ιδιομορφών (...) Απόδειξη της ορθογωνικότητας των ιδιομορφών Πολυβάθμια Συστήματα: Δ21-3 Η ιδιοσυχνότητα και ιδιομορφή ικανοποιούν την εξίσωση 2 { φ } = ω m { φ } [ k] [ ] (21a) Αντίστοιχα, η ιδιοσυχνότητα και ιδιομορφή ικανοποιούν την εξίσωση 2 { φ } = ω m { φ } [ k] [ ] (21b) Παίρνοντας τον ανάστροφο κάθε μέλους της εξίσωσης (21a) έχουμε 2 φ [ k] = ω φ [ m] { } { } (21a ) Πολλαπλασιάζοντας την εξίσωση (21b) με { φ } έχουμε 2 { φ } [ k] { φ } = ω { φ } [ m] { φ } (21b )

Ορθογωνικότητα Ιδιομορφών (...) Πολυβάθμια Συστήματα: Δ21-4 Αντικαθιστώντας την εξίσωση (21a ) στην (21b ) παίρνουμε Επομένως, για ω ω, πρέπει { } [ m] { } = { } [ m] { } 2 2 ( ω ω ){ φ} [ m] { φ} 0 2 2 ω φ φ ω φ φ = { } [ ]{ } 0 φ m φ = Με ανάλογο τρόπο αποδεικνύεται η ορθογωνικότητα των ιδιομορφών ως προς το μητρώο ακαμψίας [k].

Γραμμική Ανεξαρτησία Ιδιομορφών Πολυβάθμια Συστήματα: Δ21-5 Μία δεύτερη βασική ιδιότητα των ιδιομορφών είναι η γραμμική ανεξαρτησία τους, δηλαδή ο γραμμικός συνδυασμός των ιδιομορφών ισούται με μηδέν όταν και μόνο όταν όλοι οι σταθεροί συντελεστές ισούνται με μηδέν: { φ} { φ } K { φ } c + c + + c = 0 μόνο όταν c = c = K = c = 0 1 1 2 2 1 2 (22) Απόδειξη της γραμμικής ανεξαρτησίας των ιδιομορφών Πολλαπλασιάζοντας την εξίσωση (22) με φ [ m] παίρνουμε { } 0 0 { φ } [ ]{ φ} K { φ } [ ]{ φ } K { φ } [ ]{ φ } c m + + c m + + c m = 1 1 0 Λόγω της ορθογωνικότητας, εξίσωση (20), όλοι οι όροι μηδενίζονται εκτός από τον όρο c { φ } [ m] { φ }

Πολυβάθμια Συστήματα: Γραμμική Ανεξαρτησία Ιδιομορφών (...) Δ21-6 Επειδή το μητρώο [m] είναι θετικά ορισμένο, το γινόμενο φ [ m] φ δεν μπορεί να είναι μηδέν και επομένως εξάγεται το συμπέρασμα ότι c =0. { } { } Με ανάλογο τρόπο αποδεικνύεται ότι όλοι οι υπόλοιποι συντελεστές c j ισούνται με μηδέν.

Πολυβάθμια Συστήματα: Δ21-7 Μητρώα Γενικευμένης Μάζας και Γενικευμένης Ακαμψίας Ως απόρροια της ορθογωνικότητας των ιδιομορφών, τα μητρώα μάζας [m] και ακαμψίας [k] μπορούν να μετασχηματιστούν, με χρήση του μητρώου [Φ], ώστε να προκύψουν διαγώνια μητρώα γενικευμένης μάζας [m*] και γενικευμένης ακαμψίας [k*]. Μητρώο γενικευμένης (ή ιδιομορφικής) μάζας [m * ]: m = Φ m Φ * (23) με διαγώνια στοιχεία m = { φ } [ m] { φ } * (24)

Πολυβάθμια Συστήματα: Δ21-8 Μητρώα Γενικευμένης Μάζας και Γενικευμένης Ακαμψίας Μητρώο γενικευμένης (ή ιδιομορφικής) ακαμψίας [k * ]: με διαγώνια στοιχεία k = Φ k Φ k * = { φ } [ k] { φ } * (25) (26) Τα διαγώνια στοιχεία των μητρώων [m*] και [k*] συνδέονται με τη σχέση k = ω m * 2 * (27a) απ όπου προκύπτει η ιδιοσυχνότητα ω ως ω = k m * * (27b) Τα διαγώνια στοιχεία των μητρώων [m*] και [k*] είναι θετικά αφού τα μητρώα [m] και [k] είναι θετικά ορισμένα (positive defiite).

Πολυβάθμια Συστήματα: Δ21-9 Μητρώα Γενικευμένης Μάζας και Γενικευμένης Ακαμψίας Ο μετασχηματισμός αυτός είναι σημαντικός στην επίλυση του προβλήματος ταλάντωσης των πολυβάθμιων ελαστικών συστημάτων, καθώς μετατρέπει το συζευγμένο σύστημα εξισώσεων (λόγω του μη-διαγώνιου μητρώου ακαμψίας [k]) σε ένα ασύζευκτο σύστημα (με διαγώνια μητρώα γενικευμένης μάζας [m*] και γενικευμένης ακαμψίας [k*]).

Κανονικοποίηση Ιδιομορφών Πολυβάθμια Συστήματα:Δ21-10 Όπως αναφέραμε προηγουμένως, το πρόβλημα ιδιοτιμών δεν προσδιορίζει τα διανύσματα {φ } μονοσήμαντα, αλλά μόνο τη μορφή των διανυσμάτων ως σχέσεις αναλογίας μεταξύ των συνιστωσών τους φ j (j=1,2,,). Δηλαδή, αν το διάνυσμα {φ } είναι ιδιομορφή, τότε κάθε διάνυσμα πολλαπλάσιο του {φ } αποτελεί ουσιαστικά την ίδια ιδιομορφή, καθώς ικανοποιεί την εξίσωση 2 { φ } ω { φ } Με άλλα λόγια, οι ιδιομορφές είναι διανύσματα που έχουν γνωστή διεύθυνση αλλά απροσδιόριστο μέτρο. Επομένως, υιοθετείται συχνά μια διαδικασία κανονικοποίησης των ιδιομορφών. Συνήθεις μέθοδοι κανονικοποίησης είναι: Κανονικοποίηση κάθε ιδιομορφής ώστε το μέγιστο στοιχείο της να ισούται με ένα. Κανονικοποίηση κάθε ιδιομορφής ώστε το στοιχείο που αντιστοιχεί σε συγκεκριμένο β.ε., για παράδειγμα στην οροφή πολυώροφου κτιρίου, να ισούται με ένα. [ k] = [ m] = 12,,,

Κανονικοποίηση Ιδιομορφών Πολυβάθμια Συστήματα:Δ21-11 Κανονικοποίηση κάθε ιδιομορφής ως προς το μητρώο μάζας, * ώστε το να ισούται με ένα. ή m { φ } { φ } 1 1 2 * m = [ m] = =,,, (28a) Φ m Φ = I (28b) όπου [Ι] το μοναδιαίο μητρώο. Η κανονικοποίηση των ιδιομορφών σύμφωνα με την εξίσωση (28) είναι συνήθης σε προγράμματα υπολογιστών και καλείται ορθοκανονικοποίηση ως προς τη μάζα. Η ορθοκανονικοποίηση της ιδιομορφής {φ } γίνεται διαιρώντας όλα τα στοιχεία της με * : { ˆ } { } m 1 1 φ = φ = φ * m { } { } { } φ [ m] φ

Πολυβάθμια Συστήματα:Δ21-12 Έκφραση της Απόκρισης {u(t)} συναρτήσει των Ιδιομορφών Ως αποτέλεσμα της ορθογωνικότητας των ιδιομορφών, το μητρώο μετατόπισης {u(t)} μπορεί να παρασταθεί ως επαλληλία των ιδιομορφών {φ }. Με άλλα λόγια, οι ιδιομορφές του συστήματος αποτελούν μια διανυσματική ορθογώνια βάση για την ανάπτυξη του διανύσματος {u(t)}: { ut ()} = q() t { φ} + q() t { φ } + K + q() t { φ } = q() t { φ } = Φ { qt ()} 1 1 2 2 = 1 (29) όπου q είναι βαθμωτοί πολλαπλασιαστές και ονομάζονται ιδιομορφικές ή γενικευμένες συντεταγμένες. Με δοσμένο διάνυσμα {u(t)} και με γνωστές τις ιδιομορφές {φ }, οι γενικευμένες συντεταγμένες q μπορούν να υπολογιστούν πολλαπλασιάζοντας την εξίσωση (29) με { φ } : m ( ) { φ } { } = { φ } { φ } m u() t m q () t = 1 (30)

Πολυβάθμια Συστήματα:Δ21-13 Έκφραση της Απόκρισης {u(t)} συναρτήσει των Ιδιομορφών Βάσει της ορθογωνικότητας των ιδιομορφών, όλοι οι όροι του αθροίσματος είναι μηδενικοί εκτός του όρου που αντιστοιχεί σε =. Άρα: και επομένως q ( ) { φ } { } = { φ } { φ } m u() t m q () t { φ} { } { φ } m { φ } { φ } { } m u() t m = = u() t () t * m (31) (32) Συμπερασματικά, το διάνυσμα {u(t)} ενός πολυβάθμιου συστήματος μπορεί να εκφραστεί, σε κάθε χρονική στιγμή t, ως ένας γραμμικός συνδυασμός των ιδιομορφών του με συντελεστές τις γενικευμένες συντεταγμένες q.

Πολυβάθμια Συστήματα:Δ21-14 Απόκριση σε Ελεύθερη Ταλάντωση Χωρίς Απόσβεση Η εξίσωση κίνησης ενός πολυβάθμιου συστήματος που ταλαντώνεται ελεύθερα χωρίς απόσβεση, λόγω επιβαλλόμενων αρχικών μετατοπίσεων (0) ή/και ταχυτήτων u&(0), είναι { u } { } {&&} + { } = { 0} m u k u (33) Επειδή οι ιδιομορφές είναι γραμμικώς ανεξάρτητες, η απόκριση {u(t)} μπορεί να εκφραστεί ως ένας γραμμικός συνδυασμός των ιδιομορφών του συστήματος: = 1 1 + 2 2 + + = = 1 { ut ()} q() t { φ } q() t { φ } K q() t { φ } q() t { φ } (34) Αντικαθιστώντας την εξίσωση (34) στην εξίσωση (33) παίρνουμε m q&& () t k q() t = 1 = 1 { φ } + { φ } = { 0} (35)

Πολυβάθμια Συστήματα:Δ21-15 Απόκριση σε Ελεύθερη Ταλάντωση Χωρίς Απόσβεση (...) Αν πολλαπλασιάσουμε όλα τα μέλη της εξίσωσης (35) με προκύπτει { φ} m q&& () t { φ} + { φ} k q() t { φ} = 0 = 1 = 1 (36) { φ } και λαμβάνοντας υπόψη τις συνθήκες ορθογωνικότητας, έχουμε { φ } m { φ } q&& () t { φ } k { φ } q () t 0 + = * * mq&& ( t) + kq( t) = 0 = 1, 2, K, (37) * * όπου m και k παριστάνουν τη γενικευμένη μάζα και τη γενικευμένη ακαμψία της -στης ιδιομορφής. Έτσι οι συζευγμένες εξισώσεις του φυσικού συστήματος συντεταγμένων, εξ. (33), ανάγονται σε ασύζευκτες εξισώσεις στο γενικευμένο σύστημα συντεταγμένων. Δηλαδή, η απόκριση ενός Ν-βάθμιου συστήματος ανάγεται σε γραμμικό συνδυασμό (εξ. (34)) Ν μονοβάθμιων συστημάτων (εξ.(37)).

Πολυβάθμια Συστήματα:Δ21-16 Απόκριση σε Ελεύθερη Ταλάντωση Χωρίς Απόσβεση (...) Η εξίσωση (37), η οποία γράφεται και στη μορφή q&& t + ω q t = = K 2 ( ) ( ) 0 1, 2,, (38) περιγράφει τη δυναμική συμπεριφορά ενός μονοβάθμιου συστήματος σε ελεύθερη ταλάντωση χωρίς απόσβεση του οποίου η λύση ισούται με q() 0 q() t = A cosωt + B si ωt = q()cos 0 ωt + & siωt ω (39) Οι αρχικές συνθήκες στο γενικευμένο σύστημα μπορούν να εκφραστούν ως προς τις αρχικές συνθήκες στο φυσικό σύστημα βάσει της Εξ. (32): q () 0 = { φ} m { u() 0 } { φ } m { φ } q& () 0 = { φ } { & m u() 0 } { φ } m { φ } (40)

Πολυβάθμια Συστήματα:Δ21-17 Απόκριση σε Ελεύθερη Ταλάντωση Χωρίς Απόσβεση (...) Άρα, η απόκριση ενός πολυβάθμιου συστήματος που ταλαντώνεται ελεύθερα χωρίς απόσβεση δίνεται από τη σχέση { ut ()} = q() t { φ } = ( A cosω t+ B siω t){ φ } = 1 = 1 q& () 0 = q( 0)cos ωt + siωt φ = 1 ω { } (41) όπου οι αρχικές συνθήκες στο γενικευμένο σύστημα q () 0 και q& () 0 δίνονται από την εξίσωση (40). Η μέθοδος που ακολουθήθηκε πιο πάνω για την επίλυση του προβλήματος ελεύθερης ταλάντωσης πολυβάθμιου συστήματος χωρίς απόσβεση, ονομάζεται μέθοδος επαλληλίας των ιδιομορφών. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται και για την ελεύθερη ταλάντωση με απόσβεση αλλά και για την εξαναγκασμένη ταλάντωση πολυβάθμιου συστήματος.

Πολυβάθμια Συστήματα:Δ21-18 Απόκριση σε Ελεύθερη Ταλάντωση Με Απόσβεση Η εξίσωση κίνησης ενός πολυβάθμιου συστήματος που ταλαντώνεται ελεύθερα με απόσβεση, λόγω επιβαλλόμενων αρχικών μετατοπίσεων (0) ή/και ταχυτήτων u&(0), είναι Όπως και προηγουμένως, η απόκριση{u(t)} μπορεί να εκφραστεί ως ένας γραμμικός συνδυασμός των ιδιομορφών του συστήματος: Αντικαθιστώντας την εξίσωση (43) στην εξίσωση (42) και πολλαπλασιάζοντας με φ παίρνουμε { u } { } {&&} + { &} + { } = { 0} m u c u k u { ut () } = q () t { φ } = Φ { qt () } = 1 { } = 1 = 1 { φ } m q&& () t { φ } + { φ } c q& () t { φ } + { φ} k q() t { φ} = 0 = 1 (42) (43) (44)

Πολυβάθμια Συστήματα:Δ21-19 Απόκριση σε Ελεύθερη Ταλάντωση Με Απόσβεση (...) Λαμβάνονταςυπόψητιςσυνθήκεςορθογωνικότητας 1, έχουμε { φ } m { φ } q&& () t + { φ } c { φ } q& () t + { φ } k { φ } q () t = 0 mq * && ( t) + cq * & ( t) + kq * ( t) = 0 = 1, 2, K, (45) * * * όπου m, k και c παριστάνουν τη γενικευμένη μάζα, τη γενικευμένη ακαμψία και την γενικευμένη απόσβεση της -στης ιδιομορφής. Το μητρώο [c * ] ορίζεται από τη σχέση c = Φ c Φ * (46) 1 Θεωρούμε ότι ισχύει η ορθογωνικότητα των ιδιομορφών και ως προς τα μητρώο απόσβεσης [c]. Η ιδιότητα αυτή εκφράζεται ως ακολούθως: { } { } 0 για φ c φ = (47)

Πολυβάθμια Συστήματα:Δ21-20 Απόκριση σε Ελεύθερη Ταλάντωση Με Απόσβεση (...) Η εξίσωση (45), η οποία γράφεται και στη μορφή q&& t + ζωq& t + ωq t = = K 2 ( ) 2 ( ) ( ) 0 1, 2,, (48) περιγράφει τη δυναμική συμπεριφορά ενός μονοβάθμιου συστήματος σε ελεύθερη ταλάντωση με απόσβεση του οποίου ηλύσηισούταιμε ζ () 0 () 0 ω q& () t + ζω q q t = e q()cos 0 ωdt + siωdt ωd (49) όπου οι αρχικές συνθήκες στο γενικευμένο σύστημα q 0 & () και q() 0 δίνονται από την εξίσωση (40) και ω D είναι η αποσβεσμένη ιδιοσυχνότητα της -στης ιδιομορφής: ω = ω 1 ζ 2 D (50)

Πολυβάθμια Συστήματα:Δ21-21 Απόκριση σε Ελεύθερη Ταλάντωση Με Απόσβεση (...) Άρα, η απόκριση ενός πολυβάθμιου συστήματος που ταλαντώνεται ελεύθερα με απόσβεση δίνεται από τη σχέση { ut ()} = q() t { φ } = 1 ζω & () 0 + ζω () 0 t q q = e q()cos 0 ωdt + siωdt φ = 1 ωd { } (51) Αυτή είναι η λύση του προβλήματος ελεύθερης ταλάντωσης ενός πολυβάθμιου συστήματος με κλασική απόσβεση. Στην περίπτωση αυτή το μητρώο [c] είναι διαγώνιο, εξού και οι Ν ασύζευκτες διαφορικές εξισώσεις (εξίσωση (48)).