MECH 375 MECHANICAL VIBRATIONS FINAL CRASH PART 2-
Harmonically Excited Vibrations Concordia University
,Harmonically Excited Vibrations
General Systems
A system with an applied force is system with a
forced vibration, or harmonically excited vibration.
The general differential equation describing this
system is:
𝑚 + 𝑐 + 𝑘 = 𝐹 sin(𝜔𝑡)
Note that ω is the input frequency.
For undamped systems, if the input frequency
matches the natural frequency of the system, the
system’s oscillations will continue to grow. This
would result in catastrophic failure of the system.
The system does not require initial conditions in
order to be moving. If there were no initial
conditions, the system would start at the steady-
state solution.
1. Solve for the particular solution of the system by doing a substitution of = Xeie𝜔𝑡 and ƒ(𝑡) =
𝐹eie𝜔𝑡.
2. For the homogeneous solution yH, it takes the form that f(t) has, ie, if ƒ(𝑡) = 𝐹 sin 𝜔𝑡, then
𝑦𝐻 = 𝐴 sin(𝜔𝑡 − 𝜑).
3. The most general form is: 𝑦𝐻 = 𝐴e−𝛼𝑡 sin(𝜔𝑡 − 𝜑). Use the Laplace transform to partially solve
the characteristic equation to find α and ω.
4. Find the total solution as the sum of the homogeneous and particular solutions. Apply the initial
conditions to solve for A and φ.
Note: The Laplace transform can be used to find the total solution.
For complex roots: If the solution takes the form:
The amplitude, Xo, and phase angle, φ, can be found by:
√𝐴2 + 𝐵2
Xo = , o𝑟 Xo = √𝐴2 + 𝐵2
√𝐶2 + 𝐷2
𝐵 𝐷 𝐵
𝜑 = t a n−1 ( ) − t a n ( ) , o𝑟 𝜑 = t a n ( )
−1 −1
𝐴 𝐶 𝐴
Response of a Damped System Under the Harmonic Motion of the Base
Sometimes the system is attached to a frame that moves under harmonic
motion.
Force Transmissibility:
The force experienced between the base and the body is considered the
force transmissibility, FT.
Response of a Damped System Under Rotating Unbalance
Due to the rotating unbalanced mass, m, at an eccentric distance, e from the center,
the system will experience a force:
ƒ(𝑡) = 𝑚e𝜔2sin(𝜔𝑡)
3
, 1. A spring-mass system, resting on an inclined plane, is subjected to a harmonic force as shown. Find
the response of the system by assuming zero initial conditions.
(𝑡) = 𝐴 cos 𝜔𝑛𝑡 + 𝐴 sin 𝜔𝑛𝑡 = X cos 𝜔𝑡
= 𝜔X sin 𝜔𝑡
= −𝜔2X cos 𝜔𝑡
𝑘
𝜔𝑛 = √
𝑚 −100𝜔2X cos 𝜔𝑡 + 4000X cos 𝜔𝑡 = 𝐹o cos 𝜔𝑡
(4000 − 100𝜔2)X = 𝐹o
𝜔𝑛 = √ 4000 𝐹o
100 X=
4000 − 100𝜔2
𝜔𝑛 = √40 𝐹
o
𝑝 (𝑡) = cos 𝜔𝑡
4000 − 100𝜔2
ℎ (𝑡) = 𝐴 cos √40𝑡 + 𝐵 sin √40𝑡
Total Solution:
(𝑡) = ℎ(𝑡) + 𝑝(𝑡)
𝐹o
(𝑡) = 𝐴 cos √40𝑡 + 𝐵 sin √40𝑡 + cos 𝜔𝑡
4000 − 100𝜔2
𝐹o𝜔
(𝑡) = −√40𝐴 sin √40𝑡 + √40𝐵 cos √40𝑡 − sin 𝜔𝑡
4000 − 100𝜔2
4
Voordelen van het kopen van samenvattingen bij Stuvia op een rij:
Verzekerd van kwaliteit door reviews
Stuvia-klanten hebben meer dan 700.000 samenvattingen beoordeeld. Zo weet je zeker dat je de beste documenten koopt!
Snel en makkelijk kopen
Je betaalt supersnel en eenmalig met iDeal, creditcard of Stuvia-tegoed voor de samenvatting. Zonder lidmaatschap.
Focus op de essentie
Samenvattingen worden geschreven voor en door anderen. Daarom zijn de samenvattingen altijd betrouwbaar en actueel. Zo kom je snel tot de kern!
Veelgestelde vragen
Wat krijg ik als ik dit document koop?
Je krijgt een PDF, die direct beschikbaar is na je aankoop. Het gekochte document is altijd, overal en oneindig toegankelijk via je profiel.
Tevredenheidsgarantie: hoe werkt dat?
Onze tevredenheidsgarantie zorgt ervoor dat je altijd een studiedocument vindt dat goed bij je past. Je vult een formulier in en onze klantenservice regelt de rest.
Van wie koop ik deze samenvatting?
Stuvia is een marktplaats, je koop dit document dus niet van ons, maar van verkoper smartzone. Stuvia faciliteert de betaling aan de verkoper.
Zit ik meteen vast aan een abonnement?
Nee, je koopt alleen deze samenvatting voor €11,34. Je zit daarna nergens aan vast.
