Enunciado

Determine a resposta da barra rígida mostrada na Figura 4.48 usando integral de convolução quando a extremidade P da mola P Q está sujeita ao deslocamento x ( t ) = x 0 e - t . Dados: k = 5.000   N / m , l = 1   m , m = 10   k g , x 0 = 1   c m

Passo 1

O enunciado pede que a gente determine a resposta da barra rígida mostrada na Figura 4.48 usando integral de convolução quando a extremidade P da mola P Q está sujeita ao deslocamento x ( t ) = x 0 e - t . Dados: k = 5.000   N / m , l = 1   m , m = 10   k g , x 0 = 1   c m

Compressão líquida da mola P Q = 3 l θ 4 - x ( t ) . Equação do movimento para rotação

J 0 θ ¨ = - k l θ 4 l 4 - k 3 l θ 4 - x ( t ) 3 l 4

Ou   J 0 θ ¨ + 5 8 k l 2 θ = 3 k l 4 x ( t ) = 3 k l 4 x 0 e - t (1)

Para dados fornecidos, , J 0 = 1 12 m l 2 + m l 4 2 = 7 48 m l 2 = 7 48 ( 10 ) 1 2 = 1.4583   k g - m 2 ,

5 8 k l 2 = 5 8 ( 5000 ) 1 2 = 3125   N / m , Eq(1) se torna

1.4583 θ ¨ + 3125.0 θ = 37.5 e - t (2)

Note que o sistema está sem amortecimento com   ω n = 3125.0 1.4583 = 46.2915 r a d / s e c

Passo 2

A convolação integral, Eq (4.33), pode ser usado para encontrar a resposta do estado estacionário como:

θ ( t ) = 1 ( 1.4583 ) ( 46.2915 ) ∫ 0 t   37.5 e - r s i n ⁡ 46.2915 ( t - τ ) d τ (3)

Usando Eq(5) na solução do problema 4.32, Eq (3) pode ser expressa como

θ ( t ) = - 0.5555 e - t e ( t - τ ) 1 2 + 46.2915 2 { s i n ⁡ 46.2915 ( t - τ ) - 46.2915 c o s ⁡ ( t - τ ) } r - 0 t

= 0.01199 e - t 2 + 2.591 10 - 4 s i n ⁡ 46.2915 t - 0.01199 c o s ⁡ 46.2915 t  radian (4)

Resposta

= 0.01199 e - t 2 + 2.591 10 - 4 s i n ⁡ 46.2915 t - 0.01199 c o s ⁡ 46.2915 t  radian

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