9908

Определение амплитуд и частот колебаний аппаратов химических технологий

Практическая работа

Физика

Определение амплитуд и частот колебаний аппаратов химических технологий. Цель работы.Известно,что в процессе эксплуатации различных химических аппаратов, трубопроводов и приборов появляются всевозможные вибрации (колебания). ...

Русский

2013-03-18

262.5 KB

1 чел.

Определение амплитуд и частот колебаний аппаратов химических технологий.

Цель работы. Известно, что в процессе эксплуатации различных химических аппаратов, трубопроводов  и  приборов появляются всевозможные вибрации (колебания). Если частоты этих колебаний совпадут с резонансными, а их амплитуды окажутся достаточно велики, то может произойти  частичное или полное разрушение аппарата. В результате  возможны немалые экономические потери, а также травмы и человеческие жертвы. Чтобы избежать подобного развития событий, целесообразно выполнить предварительные математические расчеты, связанные анализом сложных колебаний, воздействующих на аппараты, разложение этих колебаний на гармонические составляющие и сравнение их с резонансными частотами.

            Теоретические положения. Пусть на отрезке    задана некоторая функция   . Осуществляя  периодическое продолжение этой функции влево и вправо по оси   , получим периодическую функцию .   Так как   -  функция  периода ( полупериод), кусочно-монотонная на отрезке    , то ее можно разложить в ряд Фурье для произвольного отрезка   :

,                        (1)

где и   - коэффициенты Фурье, определяемые по формулам:

,                                        (2)

,                             (3)                              

.                              (4)

При решении различных технических и научных задач имеют место частные случаи , а именно, когда исходная функция четная, т.е.  и, когда эта функция нечетная, т.е. . Отсюда  следует, что график четной функции симметричен относительно оси ординат, а нечетной – симметричен относительно начала координат. Для нас в данных случаях важным является то, что ряд Фурье (1) существенно упрощается. Так, для четной функции он принимает вид:

,                                (5)

где

,                                        (6)

.                              (7)

Т.е. состоит из свободного члена и косинусоидальной части.

Соответственно, ряд Фурье для  нечетной функции записывается как:

      ,                                  (8)

где

                                (9)

и состоит, таким образом, только из синусоидальной части.

Возможен вариант графика , когда функция вроде бы не является ни четной, ни нечетной, однако в результате параллельного перемещения рисунка вдоль оси   вверх или вниз на величину   , он становится нечетным относительно новой оси. Такой график будем называть условно-нечетным. Ряд Фурье для него будет иметь вид:

   ,                               (10)

причем

,                                           (11)

а

,                                 (12)

т.е. коэффициенты и   вычисляются по общим формулам  (2) и (4).

            Порядок выполнения работы.   

- переписать уравнение предполагаемого колебания, воздействующего на химический аппарат - , заданный отрезок и дополнительное условие (если оно имеется),

- изобразить исходную функцию на рисунке, при этом возможны два варианта:

     1)  если уравнение задано на отрезке , то сделать первый рисунок для заданного отрезка -  это будет функция   ,

           используя дополнительное условие, построить на втором рисунке функцию    для симметричного интервала ,

      2) если уравнение задано на отрезке , то сразу сделать рисунок для    ,

- на следующем рисунке изобразить периодическую функцию   , добавив слева и справа от по одному периоду,

- исходя из графика   , записать ряд Фурье в виде:

   (5), если функция четная,

   (8), если функция нечетная,

  (10), если функция условно-нечетная,

во всех случаях принять   n=5,

- записать выражения для коэффициентов Фурье в виде:

    (6), (7), если функция четная,

    (9), если функция нечетная,

    (11), (12), если функция условно-нечетная,

- вычислить в  MathCad  все требуемые коэффициенты с точностью   , дополнительно посчитав еще   или   численным методом  Симпсона,

- записать конкретное разложение функции   в ряд Фурье, подставив в формулы (5), (8) или (10) числовые значения,

- выписать выражения для пяти частичных сумм полученного ряда:

       ,

- в Excel  посчитать значения всех функций   , а также теоретический график   для 21 точки аргумента в пределах   ,

- сделать 6 рисунков - и один под другим, в одном масштабе,

    Примечание. Рисунки удобно разместить следующим образом:

                            Лист 1 -      и   ,

           Лист 2 -  ,

                            Лист 3 -    ,

                            Лист 4 -   

- сделать вывод по работе в следующем виде:

    “На химический аппарат воздействует сложное механическое колебание

                        = (привести полученную формулу),

которое порождает гармоники с амплитудами и частотами, равными: “

 

             

  Варианты исходных данных.  Все варианты разделены  на  две группы в зависимости от исходного интервала:

а) задан отрезок функции    на интервале  и дополнительное условие  или   . Используя  это дополнительное условие,  требуется вначале достроить график на весь симметричный интервале ,

б) задан отрезок функции    на симметричном  интервале .

Отрезок функции  

Интервал

Дополнительное условие

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

           Пример расчета.   

  1.  Дано. Отрезок функции

, ,   .

  

  1.   Построим: 
    1.  график заданной функции на интервале [-π;π]:

  1.  график периодической функции    :

III. Конкретизация ряда Фурье.

Так как fт (х) – четная функция, то ряд имеет вид:

.     При n = 5 и  l = π, имеем :    

  1.  Коэффициенты и ряд Фурье.
  2.  Вычислим коэффициенты Фурье, пользуясь формулами:

т. е.

  1.  Коэффициент  а3   найдем численным методом Симпсона.

Формула Симпсона имеет  

   вид:

      

       

Выберем    

  шаг:

               

3) Значения функции в заданных точках уi = f (xi) = - cos (xi/2) · cos (3xi)

X0

x1

x2

x3

x4

x5

x6

x7

x8

x9

х10

0

π/10

π/5

/10

/5

π/2

/5

/10

/5

/10

π

Y0

y1

y2

y3

y4

y5

y6

y7

y8

y9

у10

-1

-0,581

0,294

0,847

0,655

0

-0,476

-0,432

-0,095

0,092

0

В итоге получаем:

4) Разложение в ряд  Фурье заданной функции

  1.  Выпишем выражения для 5 первых частичных сумм.

  1.  Найдем амплитуды и частоты гармонических колебаний.

Амплитуды:   Частоты:

   

   

   

   

   


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40332. Бред 25 KB
  Три группы фабул: 1бред преследованиясобственно преследование воздействияим кто то управляет отравления материального ущерба отношенияслучайная улыбка прохожего лай собакопасность ревности. 2депрессивный бредтоска подавленность стыд безысходность разочарование. 3бред величиябогатства изобретательства реформаторства высокого происхождения любовный.
40333. Военная экспертиза 30 KB
  В новом положении впервые узаконена военноврачебная комиссия ВВК и определены ее функции введен термин медицинское освидетельствование под которым понимается изучение и оценка состояния здоровья и физического развития граждан на момент освидетельствования в целях определения их годности к военной службе обучению службе по военноучетной специальности службе в органах внутренних дел а также разрешение других предусмотренных Положением вопросов с вынесением письменного заключения. Установлено 5 категорий годности к воинской службе:...
40334. ГАЛЛЮЦИНАЦИИ 30.5 KB
  Различают: галлюцинации в зависимости от органов чувств: зрительные обонятельные вкусовые тактильные галлюцинации общего чувства висцеральные и мышечные. истинные и псевдогаллюцинации. калейдоскопические интерметаморфоз Слуховые галлюцинации бывают фонемы патологическое восприятие слов речей разговоров. Зрительные галлюцинации могут быть либо 1.
40335. Гебефренная шизофрения 27 KB
  Различие же их определяются картиной манифестного психоза который при простой шизофрении не возникает.1 ставится при наличии общих критериев шизофрении и: 1 одного из следующих признаков а отчетливое и стойкое уплощение или поверхностность аффекта б отчетливая и стойкая неадекватность аффекта а также: 2 одного из двух других признаков: а отсутствие целенаправленности собранности поведения б отчетливые нарушения мышления проявляющиеся в бессвязной или разорванной речи; 3 галлюцинаторнобредовые феномены могут присутствовать в...
40336. Действие нейролептиков 31.5 KB
  Основные побочные эффекты при лечении нейролептиками образуют нейролептический синдром. Иногда отмечаются холинолитические эффекты расстройство зрения дизурические явления. Иногда возникают побочные эффекты в виде фотосенсибилизации дерматитов пигментации кожи; возможны кожные аллергические реакции. Побочные эффекты связанные с повышением в крови пролактина проявляются в виде дисменореи или олигоменореи псевдогермафродитизма у женщин гинекомастии и задержки эякуляции у мужчин снижении либидо галактореи гирсутизма.
40337. Деменция 26 KB
  Понимание сложных понятий затруднено но общая оценка ситуации верна критика к болезни сохранена отмечается подавленность слезливость. Критика болезни отсутст. Критика к болезни сниж сосуществование с болезнью. Безразличие к болезни.
40339. Расстройства речи 41 KB
  Ограничена подвижность органов речи мягкого нёба языка губ вследствие чего затруднена артикуляция. не сопровождается распадом речевой системы: нарушения восприятия речи на слух чтения письма. нередко приводит к нарушению произнесения слов и как следствие к нарушению чтения и письма а иногда к общему недоразвитию речи.
40340. Дисморфомания 30 KB
  Центральное расстройство подозрение со страхом дисморфофобия или убежденность дисморфомания в наличии физического недостатка может развиваться медленно посте пенно или возникнуть внезапно по типу озарения. Необходимо различать дисморфоманию как симптом пограничных состояний затяжные реактивные состояния эндореактивная подростковая дисморфомания особые развития личности и как проявление шизофрении.