Arbeitsblatt Mechanische Schwingungen mit Lösungen

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1.Leicht
kmδst​ = 1 mmunbelastet

Eine Maschine steht auf Federelementen, die unter ihrem Gewicht um 1 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 = 1 mmg = 9,81 m/s²
fn = Hz
2.Leicht
k = 15 kN/mm = 2 kgx

Eine Masse von 2 kg hängt an einer Feder mit einer Steifigkeit von 15 kN/m. Vernachlässige die Dämpfung. Bestimme die Eigenkreisfrequenz ωn in rad/s.

m = 2 kgk = 15 kN/m
ωn = rad/s
3.Mittel
k = 10 kN/mc = 350 N·s/mm = 50 kg

Eine Masse von 50 kg wird von einer Feder mit einer Steifigkeit von 10 kN/m und einem viskosen Dämpfer mit einer Dämpfungskonstante von 350 N·s/m getragen. Bestimme den Dämpfungsgrad ζ.

m = 50 kgk = 10 kN/mc = 350 N·s/m
ζ =
4.Mittel
k = 15 kN/mc = 120 N·s/mm = 10 kg

Eine Masse von 10 kg wird von einer Feder mit einer Steifigkeit von 15 kN/m und einem viskosen Dämpfer mit einer Dämpfungskonstante von 120 N·s/m getragen. Bestimme den Dämpfungsgrad ζ.

m = 10 kgk = 15 kN/mc = 120 N·s/m
ζ =
5.Schwer
k1​ = 40k2​ = 20m = 25 kg

Eine Masse von 25 kg hängt an zwei nebeneinander (parallel) angeordneten Federn mit den Steifigkeiten k₁ = 40 kN/m und k₂ = 20 kN/m. Die Masse bleibt waagerecht. Bestimme die Ersatzsteifigkeit keq des Federsystems in kN/m.

m = 25 kgk1 = 40 kN/mk2 = 20 kN/m
keq = kN/m
6.Schwer
k1​ = 40k2​ = 80m = 5 kg

Eine Masse von 5 kg hängt an zwei nebeneinander (parallel) angeordneten Federn mit den Steifigkeiten k₁ = 40 kN/m und k₂ = 80 kN/m. Die Masse bleibt waagerecht. Bestimme die Ersatzsteifigkeit keq des Federsystems in kN/m.

m = 5 kgk1 = 40 kN/mk2 = 80 kN/m
keq = kN/m

Lösungsschlüssel

  1. 1. fn = 15,76 Hz
  2. 2. ωn = 86,6 rad/s
  3. 3. ζ = 0,2475
  4. 4. ζ = 0,1549
  5. 5. keq = 60 kN/m
  6. 6. keq = 120 kN/m

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