هتسویپ و دتم یاه متسیس تاشاعتراareza.iauahvaz.ac.ir/files/cvib-02.pdf ·...
TRANSCRIPT
Vibration of Continuous Systems
ارتعاشات سیستم های ممتد و پیوسته
مفاهیم پایه و اصطالحات
Basic Concepts and Terminology
2 مفهوم ارتعاشات
vibration)ارتعاشاتراایشوندهتکرارحرکتهر or oscillation)شدهاحساسحرکتساز،یکسیمحرکت.نامندمییکحرکتوزلزلهیابادتاثیرتحتساختمانیکنوسانناهموار،جادهیکرویبرحرکتحالدرخودرویدرمسافریکتوسط
اجسامنوسانیحرکتمطالعهبهارتعاشاتتئوری.کردمعرفیارتعاشاتازهایینمونهعنوانبهتوانمیراآشفتهجریانیکدرهواپیما:نمودبندییمتقسزیردستهچهاربهتوانمیسیستمجابجاییورفتارنوعبراساسراارتعاشاتانواع.پردازدمیمربوطهنیروهایو
Harmonic motion Periodic motion
Non-periodic or transient motion Random or long-duration non-periodic vibration
3سیستمهررو،ایناز.شدبامیپتانسیلبهجنبشیوجنبشیانرژیبهپتانسیلانرژیپیاپیومتوالیتبدیلشاملارتعاشاتپدیده
فنرتوانندمیترتیبهباجزااین.باشدداشتهجنبشیانرژیذخیرهبرایاجزاییوپتانسیلانرژیذخیرهبرایاجزاییبایستیارتعاشاتیآنونمودهذخیرهحرکتسیکلهردرراپتانسیلانرژیاالستیکالمان.باشداینرسیالمانیکیاجرمیکواالستیکالمانیکیا.بالعکسودهدمیاینرسیالمانبهجنبشیانرژیشکلبهرا
مفهوم ارتعاشات
توصیفزیرشکلمطابقصافسطحیکرویبرجرمیکحرکتباتوانمیرااستهمراهارتعاشاتباکهایتکرارشوندهحرکتبدهید2موقعیتدرایاولیهجابجاییجرمبه.استشدهفرضتعادلحالتدر1وضعیتدرواستمتصلخطیفنریبهجرم.نمود
انرژیواکزیمممفنرکرنشییاپتانسیلانرژیرواینازوداشتهراخودطولتغییربیشترینفنر،2موقعیتدر.کنیدرهاراآنسپسو.بودخواهدصفربرابراولیهسرعتبدونفرضعلتبهجرمجنبشی
وجودیروییندارد،راخودینیافتهتغییرشکلوضعیتبهبازگشتمیلفنرکهآنجاازباتدریجبهجرمسرعت.کندحرکتچپسمتبهmجرمتاشودمیباعثکهدارد
صفرفنرپتانسیلانرژی،1موقعیتدر.یابدمیافزایش1به2موقعیتازآنحرکتنتیجهدروجنبشیانرژیکهچندهر.باشدمیصفربرابرفنرتغییرشکلزیرااست،
عدمفرضبا)استماکزیممانرژیبودنپایستارخاطربه1موقعیتدرجرمسرعتماکزیمم1موقعیتدرسرعتکهآنجااز.(اصطکاکیامیراییازناشیاستهالکوجودکهمقاومینیرویمقابلدرامادهد،میادامهچپسمتبهراخودحرکتجرماست،میحرکتچپسمتبه1موقعیتازجرمکههنگامی.استفنرشدهفشردهازناشیدر.برسدصفربه3موقعیتدرآنمقدارتایافتهکاهشتدریجبهآنسرعتکند،
کلتغییرشوگردیدهصفربرابرجرمجنبشیانرژینتیجهدروسرعت،3موقعیتمیلرخاطبهدوباره،.شدخواهدماکزیممفنرپتانسیلانرژینتیجهدرو(فشردگی)
جرمدادنرکتحباعثکهداردوجودنیرویینیافته،تغییرشکلوضعیتبهفنربازگشت.گرددمیراستسمتبه3موقعیتاز
4جرمجنبشیانرژیبهفنرپتانسیلانرژیتمامی،1موقعیتدر.یابدمیافزایش1به3موقعیتازحرکتباتدریجبهجرمسرعتفنرمقاومروینیافزایشبرخالفراراستسمتبهحرکتجرمبنابراین،.بودخواهدبیشینهجرمسرعترواینازواستشدهتبدیلود؛شمیتکرارپروسهاینوکندمیکاملراجرمحرکتازسیکلیکاین.برسدصفرسرعتبا2موقعیتبهتادهدمیادامه
.داشتخواهدنوسانیحرکتجرمبنابراین،
مفهوم ارتعاشات
انتقالبامعادلنای.باشدآن(هاجرم)جرمالماناولیهسرعتیا/واولیهجابجاییقالبدرتواندمیارتعاشیسیستمیکاولیهتحریکارتعاشاتراآننتوامیکهآورد،میدرنوسانیحرکتبهراسیستماولیهتحریک.استسیستمبهجنبشییا/وپتانسیلانرژیFreeآزاد Vibrationیستمساگر.داشتخواهدوجودانرژیتبادلجنبشیوپتانسیلانرژیبینآزاد،ارتعاشاتطولدر.نامید
براییستمستئوریلحاظازحداقلبنابراین،.بودخواهدثابتلحظههردرجنبشیانرژیوپتانسیلانرژیمجموعباشد،پایستارت،داشخواهدوجود(هوامثال،عنوانبه)اطرافمحیطدلیلبهاصطکاکیامیراییمقداریعمل،در.دهدمیادامهارتعاشبههمیشه
.شدخواهدباعثراحرکتطولدرانرژیازمقداریدادندستازکه
متوقفحرکتنقطهآندرکهیابد،کاهشصفربهمقداراینرسیدنتامداومطوربهسیستمکلانرژیکهشودمیباعثمسالهاینحالتبهعملیهایسیستمتمامیبراینهایتدرحاصلهنوسانیحرکت،شوددادهاولیهتحریکیکفقطسیستمبهاگر.شودمی
Transientگذراتحریکاولیه،تحریکرواینازورسد،میسکون Excitationنیزآمدهدستبهحرکتوشودمینامیدهمداومطوربهدبایبیرونیمنبعیکشود،حفظپایدارحالتیکدرسیستمارتعاشاتکهبخواهیماگر.شودمینامیدهگذراحرکت.نمایدجایگزینرانوساناتعلتبهشدهتلفانرژی
Free Undamped
Vibration
Free Damped
Vibration
5 اهمیت ارتعاشات
در.استنوسانیحرکتبهقادرخوداالستیسیتهوجرمباانسانبدنبتصحدیدن،شنیدن،جملهازبشر،هایفعالیتازبسیاریواقع،
املششنوایی.باشدمینوسانیحرکتتنفس،ورفتنراهکردن،باطارتدرنورامواجارتعاشیحرکتبادیدناست،گوشپردهارتعاش
نرفتراهدارد،(زبان)حنجرهنوساناتبهنیازکردنصحبتاست،کتحراساسبرتنفسواست،هادستوپاهانوسانیحرکتشاملیارتعاشرفتارازدرستدرکمهندسی،در.باشدمیریهتناوبیهرهبوساخت،،ایمنطراحیبرایایسازهومکانیکیهایسیستم.استمهمهاسازهوآالتماشینانواعازبرداری
وتیغهکستشمثال،عنوانبه.باشدهمراهارتعاشاتولرزشباتواندمیایسازهومکانیکیهایسیستماجزایازبسیاریشکستماشیندرارتعاش.استهمراهآنازناشیخستگیولرزشبامعموالهواپیمادرایسازهشکستوگازوبخارهایتوربیندردیسک
سطحپرداختمهره،وپیچمانندهادهندهاتصالشدنسستها،یاتاقانوهادندهچرخمانندقطعاتیسریعسایشبهمنجرآالتوطعاتقشکستباعثتنهانهآالتماشیندرحدازبیشلرزش.گرددمیحدازبیشصدایوسروفلز،برشخاللدرضعیف.رساندمیآزارنیزانسانبهبلکهشود،میهاسیستم
6 اهمیت ارتعاشات
Tacoma Bridgeپل تاکوما المپیکبین واشنگتن و سواحل شبه جزیره تردد تاکوما به عنوان کوتاه ترین مسیر پل
.شودیشهرمناطقدرمزاحمتایجادبرایقدرتمندیزمینیامواجایجادباعثتواندمیدیزلموتورهایدرتعادلعدممثال،عنوانبهازددیمتعتماشاییهایخرابی.شکندمیهمدرراهاپنجرهودرهاکهکندمیایجادمهیبیصوتیغرشصوت،مافوقهواپیمای
لرزهزمینلخالدرزمیننوسانیحرکتهمچنینوبادوسیلهبهشدهتولیدارتعاشازناشیکهداردوجودسدهاوها،ساختمانها،پل.است
7 اهمیت ارتعاشات
دریلها،غلتکها،قیفها،غربالدرمثال،برای.بردمفیداستفادهارتعاشاتازتوانمی،مهندسیکاربردهایازازبرخیدرپردازشفرآیندهایواد،مارتعاشیتستکوب،شمعدستگاهبرقی،ماساژدستگاهساعت،لباسشویی،ماشینبرقی،مسواکدندانپزشکی،
.شودمیتفادهاسفرآیندهاکیفیتووریبهرهبهبودبرایارتعاشاتفورج،وگریریختهمانندموادپردازشعملیاتوارتعاشیسطح
8
Multidegree-of-Freedom System: Lumped-Parameter, Discrete, or Finite-Dimensional Systems
زمالمستقلمختصاتتعدادحداقلاساسبرسیستمیکآزادیدرجهانزمازلحظههردرسیستمیکاعضایتمامیموقعیتتوصیفبرای
روروبشکلدرفنروجرمسیستممثال،عنوانبه.استشدهتعریفتوصیفبرایx(t)مختصاتتنهازیرااستآزادیدرجهیکباسیستمیورطبه.استکافیزمانازلحظههردرخودتعادلموقعیتازجرمموقعیتدرجهیکسیستمیکدهندهنشانبعدیشکلدرسادهپاندولمشابه،یمراحرکتخاللدرسادهپاندولموقعیتکهدلیلاینبه.استآزادیموقعیتاگرچه.نمودتوصیفθایزاویهمختصاتیکازاستفادهباتوان
کهنمودبیانyوxدکارتیمختصاتدواساسبرتوانمیراسادهآونگطولیlآندرکه،x2+y2=l2قیدتوسطآنهانیستند؛مستقلیکدیگراز
باستمیسیآونگبنابراین،.استمرتبطدیگریکبهاستآونگازثابت.استآزادیدرجهیک
Discrete And Continuous Systems سیستم های مجزا و پیوسته
بهآنهازیرا،کندمیداللتآزادیدرجهسهودوهایسیستمبرکهاستشدهدادهنشانزیرشکلدردیگریفنروجرمهایسیستمراآزادیدرجهندچسیستمیک،بنابراین.دهندمیتغییرزمانباارتعاشطولدرراخودموقعیتکههستندجرمسهودودارایترتیب
.گرفتنظردردمپرهاوفنرهاکمکبهشدهجداهمازاینقطههایجرمازمتشکلسیستمیکعنوانبهتوانمی
9 Discrete And Continuous Systems سیستم های مجزا و پیوسته
خاللدر.استشدهتوزیعسیستمسراسردرمیراییو،(پذیریانعطافیا)االستیسیتهجرم،پیوسته،سیستمیکدردیگر،سویاز.کندمیحرکتپیوستهشکلیبههااینقطهجرمسایربهنسبتاینقطههایجرمنهایتبیازیکهر،ارتعاش
Distributed, Continuous, or Infinite-dimensional Systems
اینقطهجرمتنهایبیازتیر.باشدمیروبروشکلدرشدهدادهنشانگیردارسریکتیرپیوسته،سیستمیکازسادهمثالیکنامتناهیادتعدواقع،در.گرددمشخصآنیشدهخمیدهشکلتااستنیازموردمختصاتنهایتبیرواینازواست،شدهتشکیل
میفرضآزادیدرجهتنهایبیباسیستمیصورتبهگیردارسریکتیر،بنابراین.کندمیتعریفراتیراالستیکمنحنیمختصه،نهایتبیدارایرواینزاوهستندایپیوستهاالستیسیتهوجرمتوزیعبااعضاییدارایایسازهومکانیکیهایسیستمبیشتر.شود
دقتوتحلیلوجزیهتهدفبهبستگیپیوستهیاگسستهعضویعنوانبهسیستمیکسازیمدلنوعانتخاب.باشندمیآزادیدرجههبشدهکوپلمعمولیدوممرتبهدیفرانسیلمعادلهnدستگاهحلوسیلهبهآزادیدرجهnسیستمیکحرکت.داردنتایجازانتظارمورد.آیدمیدستبههم
10 Discrete And Continuous Systems سیستم های مجزا و پیوسته
از.تداشخواهدوجودطبیعیفرکانسهربهمربوطمودشکلبامتمایزطبیعیفرکانسnحداکثرآزادی،درجهnسیستمیکبرایسیستمیک.اشتدخواهدطبیعیفرکانسهرازایبهمودشکلیکوطبیعیفرکانسنهایتبیپیوسته،سیستمیک،دیگرسوی
نشانتیرمثال،نعنوابه.آورددستبهسادهایشیوهبهراآنپاسخوزد،تقریبگسستهسیستمیکعنوانبهتوانمیراپیوستهاینقطهرمجیکصورتبهتیرجرمآنکهفرضبازد،تقریبآزادیدرجهیکسیستمعنوانبهتوانمیرا(الف)شکلدرشدهداده
.شودزدهقریبت(ب)شکلمطابقخطیسادهفنریکصورتبهتیرپیوستهپذیریانعطافوباشدشدهمتمرکزتیرآزادانتهایدرتیرپذیریانعطافوجرمکهطوریبهداد،بهبود(پ)شکلمطابقآزادیدرجهدومدلیکازاستفادهباتوانمیراتقریبدقت
.شودمیزدهتقریبخطیفنردوواینقطهجرمدوتوسط
پ بالف
مجموعهحلکهاآنجاز.استجزئیمشتقاتبادیفرانسیلمعادلهیکشکلبهحرکتبرحاکممعادلهپیوسته،سیستمیکبرایآساننسبتبهرفتهگقرارایویژهتحریکتحتکهگسستهسیستمیکپاسخکردنپیدااست،سادهمعمولی،دیفرانسیلیمعادالت
سیستمازکمیعدادتبرایتنهابستهفرمحلوداشتهبیشتریسختیجزئیمشتقاتبادیفرانسیلمعادلهحلدیگر،سویاز.است(تحلیلیپاسخ)بستهپاسخحال،اینبا.باشدمیموجوددارند،ایسادهتحریکومرزیشرایطوسادهیهندسهکهپیوستههای
مینیست،پذیرانامکآنهاپاسخبستهفرمارائهکهترپیچیدههایسیستمرفتاربهنسبتفهمیوبینشایجادباعثاغلبموجود،.گردد
11 Vibrations Classification دسته بندی انواع ارتعاشات
:نمودبندیدستهزیرانواعبهتوانمیراارتعاشاتیمسائلت
انواع ارتعاشا
استهالک
ارتعاشات بدون میراییUndamped Vib.
ارتعاشات با میراییDamped Vib.
نوع تحریک
ارتعاشات آزادFree Vib.
ارتعاشات اجباریForced Vib.
ارتعاشات پریودیکPeriodic
ارتعاشات هارمونیکHarmonic
ارتعاشات غیر هارمونیک
کارتعاشات غیر پریودیNon-periodic
ارتعاشات گذرا و نامشخصTransient
ارتعاشات تصادفیRandom Vibration
رفتار خطی و غیرخطی
ارتعاشات خطیLinear Vib.
ارتعاشات غیرخطیNonlinear Vib.
د،باشنداشتهوجودانرژیاتالفگونههیچکهصورتیدرچشمباکههرچند.گویندمیراییبدونیانامیراراارتعاشات
کهانیزماماشود،میترسادهسیستمتحلیلمیراییپوشیگرفتننظردرکند،میکارخودتشدیدنواحینزدیکسیستم
.باشدمیمهمبسیاراستهالک
خواهدآزادعاشاتارتتحتسیستمگیرد،قراراولیهاغتشاشیکتاثیرتحتصفرزمانازپسخارجینیرویاعمالبدونسیستماگر.بودخواهدحاکماجباریارتعاشاتاینصورت،غیردر.بوداگراما.گویندخطیارتعاشاتراحاصلارتعاشاتباشند،داشتهخطیرفتاردمپر،وفنرجرم،قبیلازارتعشاتیسیستماساسیاجزایاگر
بهخطیاتارتعاشبرحاکمحرکتمعادله.گویندغیرخطیارتعاشاتراآمدهبدستارتعاشاتباشد،غیرخطیرفتاردارایاجزاازبرخی.استغیرخطیلیدیفرانسیمعادلهصورتبهغیرخطیارتعاشاتبرحاکممعادلهحالیکهدرباشد،میخطیدیفرانسیلیمعادلهصورت.شتداخواهندغیرخطیرفتاریارتعاشاتیهایسیستماکثریابد،میافزایشبزرگیمقادیربهارتعاشاتدامنهکهزمانی
12 Vibration Analysis تحلیل ارتعاشات
قبیلازسیستماتمشخصوآن(ورودی)تحریکنوعبهوابستهآن(خروجی)پاسخکهاستدینامیکیسیستمیارتعاشی،سیستمیکتحتسیستم،گیردقراراولیهاغتشاشیکتاثیرتحتصفرزمانازپسخارجینیرویاعمالبدون.باشدمیاستهالکوسختیجرم،
.هستندانزمبهوابستهدوهرسیستمپاسخوتحریک.بودخواهدحاکماجباریارتعاشاتاینصورت،غیردر.بودخواهدآزادارتعاشات.باشدمیمشخصتحریکیکازایبهپاسختعیینشاملسیستمیکارتعاشاتتحلیل
باشد،خطیسیستمیکریاضیمدلاگر.باشدغیرخطییاخطیسیستم،مشخصاتطبیعتبهبستهتواندمیسیستمهرریاضیمدلاگرکهاستمعنیبدیناین.نموداستفادهتوانمیsuperpositionآثارجمعاصلاز
Response, x(t)Excitation, f(t)System (mass, stiffness,
and damping)
x1(t)
f1(t) Linear
System
x2(t)
f2(t) Linear
System
c1f1(t)+c2f2(t)System
c1x1(t)+c2x2(t)
13 Vibration Analysis تحلیل ارتعاشات
ریاضیمدل سازی
اصل داالمبر•
قانون دوم حرکت نیوتن•
اصل همیلتون•
کار مجازی•
روش انرژی•
روش رایلی•
حل معادالت حاکم
(هحل بست)روش تحلیلی •
روش های عددی•
پاسخ سیستم
جابجایی•
سرعت•
شتاب•
14 Harmonic Functions توابع هارمونیک
زمانهبوابستههارمونیککاربردی،هایاستفادهازبسیاریدرعنوانهب.شودمیگرفتهنظردرسینوسیارتعاشیکشبیه
ازSهنقطحرکتمکانیکی،هایسیستمزمینهدرکاربردیشده،دادهنشانزیرشکلدرکهاسکاچیوغمکانیسم
حولAشعاعبالنگسیستم،ایندر.استسادههارمونیکبرابردامنهکهشودمیمشاهده.کندمیچرخشOنقطه
است،صفرمقداراز(منفییاومثبت)x(t)مقدارحداکثرA=maxبنابراین |x(t)|.تناوبدورهبهفرکانسτوابسته
طوریبهشود،میتکرارx(t)کهاستزمانیفاصلهکه،استx(tکه + τ) = x(t)
راهنمایدرکهایمیلهشکافدر(P)لنگمیلدیگرانتهایGلمیکههنگامی.لغزدمیدارد،برگشتیورفتحرکت
ازSانتهایینقطهچرخد،میωایزاویهسرعتبالنگتابشوسرعتجابجایی،.شودمیجابجاخوداصلیموقعیت
:استزیرصورتبهزمانحسببرSنقطه
15ازنسبتیشتابکهحرکتیچنینبه.استنقطهاینجابجاییازنسبتیمستقیمطوربهSنقطهشتابکهدهدمینشانقبلیرابطه
simpleسادههارمونیکحرکتباشد،جابجایی harmonic motionحرکتترتیبهمینبه.گویندx(t) = A cosωtنیز.بودخواهدسادههارمونیک
𝑋برداروسیلهبهتوانمیراهارمونیکیحرکت = 𝑂𝑃دامنهباAثابتایزاویهسرعتباکهωنمایششکلمطابقچرخد،می:صورتبهعمودیمحوررویبربرداراینتصویرکهاستتصورقابل.داد
:بااستبرابرافقیمحوررویبرآنتصویرو
درمختلطعددیکصورتبهرا𝑋بردارتوانمیهمچنینشکلبهxyصفحه
𝑖که = بهوبوده𝑋بردارyوxهایمولفهترتیببهbوaو1−بردار.شوندمیگرفتهنظردر𝑋بردارموهومیوحقیقیهایبخشصورت
𝑋نمودبیانزیرصورتبههمچنینتوانمیرا:
.باشدمیهاxمحورباآنزاویهبیانگر𝜃و𝑋برداراندازهAکهجاییدر
(1)
(2)
(3)
(4)
Harmonic Functions توابع هارمونیک
16کهشودتوجه
:نوشتروبروصورتبهتوانمیرا(4)رابطهلذا
:نوشتزیرمختلطعددصورتبهتوانمیرا𝑋چرخانبرداربنابراین
هدادهارمونیکحرکتاز.باشدمیثانیهبررادیانبرحسبوپادساعتگردجهتدر𝑋بردارچرخشایدایرهفرکانس𝜔کهطوریبه.گرفتمشتقزمانبهنسبتتوانمی(7)رابطهدرشده
(7)(6)
(5)
(8)
(9)
:نوشتزیرصورتبهتوانمیراشتابوسرعتجابجایی،کند،داللتهارمونیکحرکتبر𝑋برداراگر
همینطورواست،حقیقیبخشمعنیبهReکه
.باشدمیموهومیبخشمعنیبهImکه
(10)
(11)(t)y
(t)y
(t)y
Harmonic Functions توابع هارمونیک
17
پیشباعثشتاببردارکهشودمیمشاهده.استشدهدادهنشانچرخانبردارهایصورتبه(11)و(10)معادالتزیرشکلدر.گرددمیدرجه90میزانبهجابجاییبردارانداختنپیشباعثسرعتبردارودرجه،90میزانبهسرعتبردارانداختن
Definitions and Terminology تعاریف و اصطالحات
18
Equilibriumتعادلوضعیتازمرتعشجسمیکحرکت:Cycleسیکل Positionشدهغیرمختلیا(Undisturbed)
بهبرگشتتنهایدرودیگرجهتدربیشینهموقعیتبهآنازپستعادل،وضعیتبهسپسجهت،یکدربیشینهموقعیتبهآن.گویندارتعاشیسیکلیکراتعادلموقعیت
Definitions and Terminology تعاریف و اصطالحات
.باشدمیآنتعادلموقعیتازارتعاشیجسمیکبیشینهجابجاییمعنیبهارتعاشاتدامنه:Amplitudeدامنه
ناوبتزمانیاتناوبدورهدهد،انجامراکاملسیکلیکمرتعشجسمتاکشدمیطولکهزمانیمدتبه:Periodتناوبدوره.باشدداشته2𝜋معادلچرخشی𝑋بردارکهاستزمانیمعادلتناوبزمانقبل،مثالدر.شودمیدادهنمایش𝜏باکهگویند
:ترتیببدین
ایزاویهیادورانیفرکانس𝜔کهCircular frequencyشودمینامیده
ریگیاندازهثانیهبررادیانحسببرو.شودمی
19Linearخطیفرکانس Frequency:آنواحدوکندمیداللتزمانواحدبرسیکلتعدادبهفرکانسیاخطیفرکانس
:نمودبیانروبروشکلبهتوانمیرافرکانس.باشدمی(Hzهرتز)ثانیهبرسیکل
Definitions and Terminology تعاریف و اصطالحات
phaseاولیهفازیافاززاویه angle or initial phase:کهایلحظه)صفرزماندرسینوسیموجزیر،شکلمطابقاگر:گفتتوانمینباشد،صفربرابر(کنیممیگیریاندازهبهشروع
𝜔𝑡کهجاییدر + 𝜑وحرکتفاز𝜑حرکتدوحال.شودمینامیدهاولیهفازیافاززاویه:بگیریدنظردرروبروروابطمطابقراهارمونیک
سطتوشدهدادهارتعاشیحرکتدوکهآنجاییازبهباشند،می𝜔یکسانفرکانسدارایرابطهدو
(همگام)سنکرونهایحرکتآنهاsynchronous motionsهاینوسان.گویند
دروهداشتمتفاوتهایدامنهتوانندمیسنکرونند،برسخودماکزیمممقداربهمختلفیهایزمان
tزمانباکه = 𝜑 𝜔شوندمیجدایکدیگراز،.شودمیگفتهفازاختالفیافاززاویه𝜑و
Naturalطبیعیفرکانس Frequency:ودخحالبهاولیهاغتشاشیاتحریکیکازپسآزادیدرجهیکباسیستمیاگرشناختهآناشاتیارتعطبیعیفرکانسعنوانبهکند،مینوسانخارجینیروهایبدونآنباکهفرکانسیگردد،رهامرتعشوضعیتدر
ستمسییکهمچنین،.باشدمیارتعاشاتیمتمایزطبیعیفرکانسnدارایکلیطوربهآزادیدرجهnباگسستهسیستمیک.شودمی.استطبیعیفرکانسنهایتبیدارایپیوسته
20 Beating phenomenon پدیده تپش یا ضربان
𝜔وA=3ازایبهراحاصلهتابعوبیابیدرازیرهارمونیکتوابعاختالف:مثال = 40 𝑟𝑎𝑑/𝑠نماییدترسیم.
پدیدهآمدهستدبهحرکتگردند،تفریقیکدیگرازیاوجمعهمبهنزدیکهایفرکانسباهارمونیکیحرکتدوکهزمانی:پاسخهبراحرکتدوبیناختالفتپش،پدیدهبهتردرکبرای.استمعروف(ضربان)Beatingتپشبهکهگذاردمینمایشبهراای
:بگیریدنظردرزیرصورت
:نمودتعریفتوانمیزیرصورتبهراحرکتدوتفاضل.استکوچکیمقدار𝛿کهجاییدر
:نوشتتوانمیزیرصورتبهراx(t)حاصلهحرکت
𝜔1+𝜔2فرکانسباکسینوسیموجیشکلبهx(t)کهپیداستباالرابطهاز
2= 𝜔 − 𝛿/2معادلتقریباًکهاست𝜔وباشدمی
:کندمیتغییرزیردامنهباآرامیبه
21 Beating phenomenon پدیده تپش یا ضربان
بهگردد،میمیراوایجاد2Xوصفربیندامنهآندرکه𝛿فرکانس.گویندمیتپشیکآنبهرسد،میماکزیممبهدامنههرگاهدرمثالوانعنبه.گرددمیمشاهدهبرقتولیدهاینیروگاهوهاسازهماشین،درغالباًپدیدهاین.شودمیشناختهتپشفرکانس.فتدامیاتفاقتپشپدیدهشود،میسیستمطبیعیهایفرکانسنزدیکاجباریفرکانسهرگاهها،سازهوآالتماشین
مثال،ایندرشدهدادهمقادیرازایبهوآمدهدستبهرابطهطبق
تپشفرکانسباراتپشپدیدهتابعاینکهشودمیمشاهده.استآمدهدرنمایشبهزیرشکلدرx(t)تابع
.دهدمینمایش
22 PERIODIC FUNCTIONS AND FOURIER SERIES توابع پریودیک و سری فوریه
بسیاریاما.ستنیهارمونیکارتعاشیهایسیستمازبسیاریحرکتباشد،میترینسادهبررسیبرایهارمونیکحرکتکههرچندجمالتتنهایبیجمعحاصلصورتبهتوانمیرازمانازپریودیکیتابعهر.باشندمیپریودیکصورتبهارتعاشیحاالتاز
تحلیلراهارمونیکعتوابجمعصورتبهپریودیکتابعنمایشفرآیند.دادنمایشفوریهسریازاستفادهباکسینوسییاسینوسیHarmonicهارمونیکی Analysisتحریکای/وپریودیکحرکتتوصیفبرایابزاریعنوانبهفوریهسریازاستفاده.گویندمی
بهشدهتعیینیفرکانسهایطیفمفهومدرکبهفوریهسریباآشناییهمچنین،.باشدمیمهمبسیارارتعاشاتمطالعهدرپریودیک.کندمیکمکآزمایشگاهیصورت
:بودخواهدزیرصورتبهآنفوریهسرینمایشباشد،𝜏تناوبدورهباپریودیکیتابعx(t)اگر
ωکهجاییدر = 2𝜋/𝜏اصلیفرکانسFundamental Frequencyوشودمینامیده𝑎0,𝑎1, ,𝑏0,𝑏1و… ضرایبی…:شودمیاستفادهزیرروابطازضرایبایناستخراجبرای.باشندمیثابت
𝑎𝑛هارمونیکتوابع:نکته cos 𝑛𝜔𝑡و𝑏𝑛 sin 𝑛𝜔𝑡راهارمونیک.گویندx(t)پریودیکتابعnمرتبههارمونیک
.باشدمیτ/𝑛برابرتناوبیدورهدارایnمرتبه
23 PERIODIC FUNCTIONS AND FOURIER SERIES توابع پریودیک و سری فوریه
کمکبهراودیکپریتوابعبیشترتوانیممیامااست،جملهنهایتبیباجمعحاصلیکصورتبهشدهارائهسریکههرچند:توجه.بزنیمتقریبابتداییهارمونیکتابعچندتنها
مانندپریودیکتابعهربرایمثالعنوانبه.دادنمایشکسینوسییاسینوسیجمالتجمعباتنهاتوانمیرافوریهسری:1تبصرهx(t)نموداستفادهزیرمطابقکسینوسیعباراتازتنهاتوانمی:
کهطوریبه
:دادنمایشزیرمطابقمختلطاعدادعباراتصورتبهتوانمیرافوریهسری:2تبصره
𝑏0کهجاییدر = 0
طیفآنبهکهنمودترسیم𝑛𝜔فرکانسحسببرنموداریدرتوانمیرا(𝜙𝑛و𝑑𝑛یا𝑏𝑛و𝑎𝑛)هاهارمونیکدامنه:توجه.گویندطیفیدیاگرامیافرکانسی
24 PERIODIC FUNCTIONS AND FOURIER SERIES توابع پریودیک و سری فوریه
صورتبه𝑐−𝑛و𝑐𝑛فوریهمختلطضرایبتعریفبا
:شدخواهدزیرصورتبهفوریهسریمختلطشکل
:آیندمیدستبهزیرصورتبه𝑐𝑛فوریهضرایبکه
25 Nonperiodic Functions And Fourier Integrals توابع غیر پریودیک و انتگرال فوریه
وضعیت،ایندر.شدخواهدپریودیکغیربهتبدیلx(t)تابعیابد،افزایشایاندازهبیشکلبهپریودیکتابعیکتناوبدورهاگر:صورتبهفوریهمختلطسریزیر،شکلپریودیکتابعبرای.گیردقراراستفادهموردتواندمیفوریهانتگرال
کهجاییدر
زیرروابطایجادبا
(1)
(2)
(3)
26 Nonperiodic Functions And Fourier Integrals توابع غیر پریودیک و انتگرال فوریه
.گرددمیبیانزیرصورتبه(2)و(1)روابط
(4)
𝜏با → زیرصورتبهرا(5)و(4)روابطونمودجایگزینانتگرالباراحاصلجمععبارتوبرداشت𝜔ازبایستیراnنویسپایین،∞:نوشت
(5)
(7)
(6)
.گویندفوریهتبدیلجفتهم،بارا(7)و(6)روابط.باشدمیx(t)فوریهتبدیل(7)رابطهوx(t)فوریهانتگرالمعنیبه(6)رابطه𝑋تابعباشد،تحریکمعنیبهx(t)اگر 𝜔شودمیگرفتهنظردرتحریکطیفیچگالیعنوانبه.
27 Nonperiodic Functions And Fourier Integrals توابع غیر پریودیک و انتگرال فوریه
یینتعراآنفوریهتبدیل.بگیریدنظردرزیرشکلمطابقsزمانخاللدروf0اندازهباراf(t)بارغیرپریودیکمستطیلیپالس:مثال𝑓0ازایبهرادامنهطیفو = 200 𝑙𝑏،𝑠 = 1 𝑠𝑒𝑐.و𝑡0 = 4 𝑠𝑒𝑐کنیدترسیم.
𝐹مطلققدرصورتبهدامنهطیف 𝜔لذا.باشدمی:
:نمودتعریفزیرصورتبهتوانمیرازمانحوزهدربار:پاسخ
:بودخواهدزیرصورتبهf(t)فوریهتبدیل
∗𝐹کهطوریبه 𝜔مختلطمزدوج𝐹 𝜔باشدمی:
)*(
28 Nonperiodic Functions And Fourier Integrals توابع غیر پریودیک و انتگرال فوریه
∗𝐹روابطجایگذاریبا 𝜔و𝐹 𝜔نیمکترسیمراآنسپسوآوریمدستبهذیلمطابقرادامنهطیفتوانیممی)*(رابطهدر.
یا