Arbeitsblatt Mechanische Schwingungen mit Lösungen

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1.Leicht
kmδst​ = 8 mmunbelastet

Eine Maschine steht auf Federelementen, die unter ihrem Gewicht um 8 mm zusammengedrückt werden. Betrachte sie als ungedämpftes System mit einem Freiheitsgrad und verwende g = 9,81 m/s². Bestimme die Eigenfrequenz fn der vertikalen Schwingung in Hz.

δst = 8 mmg = 9,81 m/s²
fn = Hz
2.Leicht
k = 25 kN/mm = 80 kgx

Eine Masse von 80 kg hängt an einer Feder mit einer Steifigkeit von 25 kN/m. Vernachlässige die Dämpfung. Bestimme die Eigenfrequenz fn in Hz.

m = 80 kgk = 25 kN/m
fn = Hz
3.Mittel
tx20 mm2 Perioden7,3 mm

Beim Ausschwingversuch an einem gedämpften Feder-Masse-System folgt auf einen Auslenkungsscheitel von 20 mm 2 Perioden später ein Scheitel von 7,3 mm. Bestimme den Dämpfungsgrad ζ.

x0 = 20 mmx2 = 7,3 mmn = 2
ζ =
4.Mittel
tx12 mm5 Perioden2,5 mm

Beim Ausschwingversuch an einem gedämpften Feder-Masse-System folgt auf einen Auslenkungsscheitel von 12 mm 5 Perioden später ein Scheitel von 2,5 mm. Bestimme den Dämpfungsgrad ζ.

x0 = 12 mmx5 = 2,5 mmn = 5
ζ =
5.Schwer
k1​ = 60k2​ = 80k3​ = 25m = 40 kg

Eine Masse von 40 kg hängt an der Feder k₃ = 25 kN/m. Das obere Ende von k₃ ist an einem starren Balken befestigt, der an zwei nebeneinander angeordneten Federn hängt, k₁ = 60 kN/m und k₂ = 80 kN/m; der Balken bleibt waagerecht. Vernachlässige die Dämpfung und die Massen von Federn und Balken. Bestimme die Eigenfrequenz fn der vertikalen Schwingung in Hz.

m = 40 kgk1 = 60 kN/mk2 = 80 kN/mk3 = 25 kN/m
fn = Hz
6.Schwer
k1​ = 100k2​ = 20m = 25 kg

Eine Masse von 25 kg hängt an zwei nebeneinander (parallel) angeordneten Federn mit den Steifigkeiten k₁ = 100 kN/m und k₂ = 20 kN/m. Die Masse bleibt waagerecht. Bestimme die Ersatzsteifigkeit keq des Federsystems in kN/m.

m = 25 kgk1 = 100 kN/mk2 = 20 kN/m
keq = kN/m

Lösungsschlüssel

  1. 1. fn = 5,573 Hz
  2. 2. fn = 2,813 Hz
  3. 3. ζ = 0,07995
  4. 4. ζ = 0,04987
  5. 5. fn = 3,665 Hz
  6. 6. keq = 120 kN/m

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