Taller #1 Dinamica Estructural

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  • 8/18/2019 Taller #1 Dinamica Estructural

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    TALLER # 1

     JONATAN MIGUEL VILORIA ROJAS

    DINÁMICA ESTRUCTURAL Y DISEÑO SÍSMICO

    FABIAN CONSUEGRA Ph. D.

    DIRECCIÓN DE ESPECIALIZACIONES

    ESPECIALIZACIÓN EN ANÁLISIS Y DISEÑO DE ESTRUCTURAS

    FUNDACIÓN UNIVERSIDAD DEL NORTE

    BARRANQUILLA-COLOMBIA

    2 SEPTIEMBRE DE 2!"

    TABLA DE CONTENIDO

  • 8/18/2019 Taller #1 Dinamica Estructural

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    ". SOLUCIÓN DEL PROBLEMA # "

    "."S$%&'()* +,*(,*$ ,* '&,*+ /$%$ % 0/ , "!! 1. /$34,(05&,/+.

    ".2S$%&'()* +,*(,*$ ,* '&,*+ /$%$ % 0/ , % 6(.".7S$%&'()* +,*(,*$ ,* '&,*+ +$/ %/ 0//.

    2. SOLUCION DEL PROBLEMA # 22." M$,%'()* ,* SAP2!!!.

    7. SOLUCION AL PROBLEMA # 77." G48'/ , % 4,/5&,/+ ,% /(/+,0 '$* MATLAB.

    9. SOLUCION AL PROBLEMA # 9

    9."E6%&'()* , %$/ ,:,'+$/ , %/ '$*('($*,/ (*('(%,/ ; ,%0$4+(&0(,*+$ ,* % 4,/5&,/+.9.2G48'/ '$03(*'($*,/ , &! ; 6! '$* 0$4+(&'()* , "<9.7G48'/ , '$03(*'($*,/ , &! ; 6! '$* 0$4+(&0(,*+$ ,

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    1. SOLUCIÓN DEL PROBLEMA # 1

    DATOS

    :H' 2"MP L2. 0 M"!! 1

    1.1 Solución de la fecuencia na!ual !eniendo en cuen!a "olo la a"ade 1$$ %&. So'e i(ue"!a.

    • @%%0$/ ,% 0)&%$ , ,%/+('( ( E ) .

     E=3900√ f ' c=3900√ 21 MPa E=17872 MPa

    • @%%0$/ % (*,4'( ( I )   , % /,''()*.

     I =b∗h3

    12=

    0.5m∗0.5m3

    12= I =0.005208m2

    L 4((,( K )

     , &* 6( ,05$+4 ,* &* ,=+4,0$ ; /(05%,0,*+,5$; ,* ,% $+4$ ,=+4,0$ ,/+ 5$4

    5¿¿

    ¿37∗¿

     K =768∗ E∗ I 

    7 L3  = K =

    768∗17872∗0.005208¿

    • @%%0$/ % :4,'&,*'( *+&4% ,* (rad / s).

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     K 

     M  =¿ω=√

     81700000 N .m

    100 Kg.  =ω=903.88 rad /s

    ω=√ ¿

    • E* '('%$/ 5$4 /,&*$.

    f  =  ω

    2∗π =f  =

    903.88 rad /s2∗π 

      =f  =143.85 Hz

    • P,4($$ , *+&4% ,* /,&*$/.

    T =2∗π 

    ω  =T =

      2∗π 903.88rad /s

    =T =0.00695 s

    1.) Solución de la fecuencia na!ual !eniendo en cuen!a "olo la a"ade la *i&a.

     T,*,0$/ K&, % ,*/( ,% '$*'4,+$ 5$4  ρ=2400  Kg

    m3

    m ( viga )=2400 Kg

    m 3∗0.5m∗0.5m∗5m=m ( viga )=3000 Kg

    • @%%0$/ ,% 0)&%$ , ,%/+('( ( E ) .

     E=17872 MPa

    • @%%0$/ % (*,4'( ( I )   , % /,''()*.

     I =0.005208m2

    L 4((, ( K )  , &* 6( ,05$+4 ,* &* ,=+4,0$ ; /(05%,0,*+,

    5$; ,* ,% $+4$ ,=+4,0$ ,/+ 5$4

    5¿¿

    ¿37∗¿

     K =768∗ E∗ I 

    7 L3  = K =

    768∗17872∗0.005208¿

    • @%%0$/ % :4,'&,*'( *+&4% ,* (rad / s).

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     K 

     M  =¿ω=√

     81700000 N . m

    3000 Kg.  =ω=165.02rad / s

    ω=√ ¿

    • E* '('%$/ 5$4 /,&*$.

    f  =  ω

    2∗π =f  =

    165.02rad / s2∗π 

      =f =26.26 Hz

    • P,4($$ *+&4% ,* /,&*$/.

    T =2∗π 

    ω  =T =

      2∗π 165.02 rad /s

    =T =0.038 s

    1.+ Solución de la fecuencia na!ual !eniendo en cuen!a !oda" la"a"a".

    L 0/ +$+% ,% /(/+,0 /,4( 100 Kg. de la carga+3000 Kg . viga=3100 Kg .

    • @%%0$/ ,% 0)&%$ , ,%/+('( ( E ) .

     E=17872 MPa

    • @%%0$/ % (*,4'( ( I )   , % /,''()*.

     I =0.005208m2

    L 4((, ( K )  , &* 6( ,05$+4 ,* &* ,=+4,0$ ; /(05%,0,*+,

    5$; ,* ,% $+4$ ,=+4,0$ ,/+ 5$4

    5¿¿¿37∗¿

     K =768∗ E∗ I 

    7 L3  = K =

    768∗17872∗0.005208¿

    • @%%0$/ % :4,'&,*'( *+&4% ,* (rad / s).

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     K 

     M  =¿ω=√

     81700000 N . m

    3100 Kg.  =ω=162.34 rad /s

    ω=√ ¿

    • E* '('%$/ 5$4 /,&*$.

    f  =  ω

    2∗π =f  =

    162.34 rad /s2∗π 

      =f  =25.83 Hz

    • P,4($$ ,* /,&*$/.

    T =2∗π 

    ω  =T =

      2∗π 162.34 rad /s

    =T =0.0038 s

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    ). SOLUCIÓN DEL PROBLEMA #)

    DATOSL 0

    E2!!!!! MP

    S,''()* '&4 %! '0

    @%%0$/ % (*,4'( , % /,''()*.

    0.5m¿¿¿3

    0.5m∗¿ I =

    b∗h3

    12= I =¿

    L 4((, ( K )  , &* 6( ,05$+4 ,* &* ,=+4,0$ ; ,* 6$%($ ,* ,% $+4$

    ,=+4,0$ ,/+ 5$4

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    5¿

    ¿¿3¿¿

     K =3 EI 

     L3 = K =

    3∗200000∗0.00508

    ¿

    @%%0$/ % 0/ , % 344 /3(,*$ K&, ,*/( ,% ',4$ ,/

     ρ=7850 Kg /m3

    m=(0.5m )2∗5m∗7850 Kg

    m3 =mbarra=9812.5 Kg.

    m¿=( masa3   )=m¿=9812.5 Kg.

    3=m¿ .=3270.83 Kg .

    @%%0$/ u0

    0=¿0.00128m

    u0=

    m¿.∗g K 

      =u0=

      32.08kN 

    25000 kN .m=u¿

    @%%0$/ % :4,'&,*'( *+&4% ,* rad /s

    ω=

    √  K 

    m¿. =

    √25000000 N . m

    3270.83 Kg .   =ω=87.42 rad

    s

    f  =  ω

    2∗π =

    87.42rad

    s

    2∗π   =f =13.913 Hz .

    T =2∗π 

    ω  =T =

      2∗π 87.42rad / s

    =T =0.07187 s

    ).1 Modelación en SAP)$$$.

     T,*(,*$ %$/ 6%$4,/ '%'&%$/ /, 54,',, 0$,%4 ,% /(/+,0 ,* SAP2!!!

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    S, '%'&% ,% 5,4($$ T ,* ,% 54$40 T =0.07196 s

    S, '%'&% ,% ,/5%0(,*+$ u0=−0.00198m

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    S, 5&,, $3/,464 K&, %$/ 6%$4,/ /$* 0&; 54,'($/ %$/ '%'&%$/0*&%0,*+,.

    +. SOLUCIÓN AL PROBLEMA # +

    S, 4,+$0* %$/ 6%$4,/ '%'&%$/ ,* ,% 54$3%,0 # " ,/5,'8'0,*+, $*,/, *%(* +$/ %/ 0// +*+$ , % 6( '$0$ , % '4 , "!! 1.

    L 0/ +$+% ,% /(/+,0 /,4( 100 Kg. de la carga+3000 Kg . viga=3100 Kg .

    • @%%0$/ ,% 0)&%$ , ,%/+('( ( E ) .

     E=17872 MPa

    • @%%0$/ % (*,4'( ( I )   , % /,''()*.

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     I =0.005208m2

    • @%%0$/ % 4((, ( K )  .

    5

    ¿¿¿37∗¿

     K =768∗ E∗ I 

    7 L3  = K =

    768∗17872∗0.005208¿

    • @%%0$/ % :4,'&,*'( *+&4% ,* (rad / s).

     

     K 

     M  =¿ω=√

     81700000 N . m

    3100 Kg.  =ω=162.34 rad /s

    ω=√ ¿

    • E* '('%$/ 5$4 /,&*$.

    f  =  ω

    2∗π =f  =

    162.34 rad /s2∗π 

      =f  =25.83 Hz

    • P,4($$ ,* /,&*$/.

    T =2∗π 

    ω  =T =

      2∗π 162.34 rad /s

    =T =0.0038 s

    @%%0$/ ,% ,/5%0(,*+$ (*('(%

    u

    (¿¿ 0)¿

    +,*(,*$ ,* '&,*+ % '4 ,

    "!!! N &/+$ ,*'(0 , % 0/ M.

    L '4 +$+% /,4(  P=( Masaiga∗g )+(masa100 Kg.∗g )+(1000 N )e!"#!ces

     P=29.4 kN +0.981 kN +1kN = P=31.38 kN 

    u0= P K  =   31.38kN 

    81700k N . m=u0=0.0003841m

    C%'&%0$/ % 4,/5&,/+ ,% /(/+,0 54+(,*$ ,% 4,5$/$ K&(+*$/3(+0,*+, % '4 M.

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    $#m# %ar"e delres%#s# ú0=0e!"#!ces lares%ues"a del sis"ema&uedar'a:

    u=u0cos (ω" ) ( sereem%laza! l#s val#resde ω=162.34rad

    s  ) u0=0.0003841m

    u=(0.0003841m)∗cos  (162.34rad

    s  ∗" )

    S, 48' % 4,/5&,/+ ,% /(/+,0 ,* MATLAB ,* &* (*+,46%$ , +(,05$ , 2/.

    % Fórmula vibraciones libres sin amortiguamiento %

    clear all, clc, close all

     

    u0 = 0.0003841; % Desplazamiento inicial m!v0 = 0; % "eloci#a# inicial m$s!

    = &'.83; % recuencia natural (z!

    ) = &*pi*; % recuencia angular ra#$s!

    #t = 0.01;

    t = 0+#t+&; % iempo s

    u = u0*cos-)*t / v0$)*sin-)*t;

    v = )*u0*sin-)*t / v0*cos-)*t;

    igure,subplot-&11,plot-t,u,title-"ibraciones libres sin

    amortiguamiento

    2label-t seg!,label-Despl. m! subplot-&1&,plot-t,v,title-"ibraciones libres sin

    amortiguamiento

    2label-t seg!,label-"eloci#a# m$s!

    vcal = #i-u$#t;

    igure,plot-t,v,t-1+en#1,vcal,

    title-omparación veloci#a#es

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    2label-t seg!,label-"eloci#a# m$s!,

    legen#-analit.,calc.

    +.1 ,a-ca" de la" e"(ue"!a" del "i"!ea.

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    . SOLUCIÓN AL PROBLEMA #

    A '$*+(*&'($* /, 0&,/+4* +$/ %/ 48'/ , %/ 4,/5&,/+/ '$* +$/ %/

    '$03(*'($*,/ 5$/(3%,/ , %$/ 6%$4,/ 54 u0  ; v0,  '$* 0$4+(&'($* ,

    "< ; < 4,/5,'+(60,*+, /, +$0) &* +(,05$ , 7! / 54 ,*,44 %$/48'$/.

    .1 E*aluación de lo" efec!o" de la" condicione" iniciale" / elao!i&uaien!o en la e"(ue"!a.

    D,/5&/ , *%(4 %/ 48'/ /, 5&$ $3/,464 54(0,40,*+, K&,%$/ 5$4',*+,/ , 0$4+(&0(,*+$ 04'* &* 4* (:,4,*'( ,*%/ 4,/5&,/+/ , %$/ /(/+,0/ /, 5&,, *$+4 :'(%0,*+, K&, ,%/(/+,0 '$* 0,*$/ 0$4+(&'()* ,* ,% +(,05$ K&, /, ,/+&() >7! /?*$ %%,$ % 4,5$/$ 0(,*+4/ K&, % 4,/5&,/+/ '$* &* < ,0$4+(&'()* '$* &* +(,05$ , >2! /? ; /, ,*'$*+43*54$=(00,*+, ,* ,/+$ , 4,5$/$.

    L/ '$*('($*,/ (*('(%,/ , u0  ; v0  ,* %/ 4,/5&,/+/ 0&,/+4*

    K&, '&*$ ,% ,/5%0(,*+$ (*('(% ,/ 0,*$4 K&, % 6,%$'( %'&46 ,% ,'4,0,*+$ %$4(+0('$ , % 0$4+(&'($* /, /,54 0/, %$/ 5('$/ ,% ,/5%0(,*+$ ,/+ /,54'()* 6 (/0(*&;,*$'$4, '$0$ %$/ 6%$4,/ ,% ,/5%0(,*+$ /, (&%* %$/ , %6,%$'(.E* %/ 4,/5&,/+/ $*, ,% ,/5%0(,*+$ *$ ,/ +* (:,4,*+, , %6,%$'( /, 5&,, $3/,464 K&, % ,*6$%6,*+, , % 0$4+(&'($*'$(*'(, +$+% 0,*+, '$* ,% 4,'4,0,*+$ ,% ,/5%0(,*+$.

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    17/23

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    @%%0$/ %$/ 6%$4,/ '$44,/5$*(,*+,/ %/ '$*/+*+,/ A ; B.

    " =0 ) u0

    esiguala :

    u0=e−+ω ( 0)( ,si!ωd (0 )+-c#s ωd (0 ))+

     P0

    1

    (1− 2)2

    +(2 + )2((1− 2 )sin / (0 )−(2+ ) cos/ (0 ))

    u0=1(-)+

     P0

    1

    (1− 2)2

    + (2+ )2(−(2+ ))

    -=u0+

     P0

    2+

    (1− 2 )2

    +(2+ )2

    S, ,4(6 % :&*'()* 54 h%%4 ,% 6%$4 , % '$*/+*+, A

    u=e−+ω" ( ,si! ωd " +-c#s ωd " )+ P

    0

    1

    (1− 2 )2

    +(2+ )2((1− 2 )sin/ " −(2+ ) cos/ " )

    ú=e−+ω" [ ( ωd ,c#sωd " −ωd -sinωd " ) ]+(−+ωe−+ ω" ) [ ,si! ωd " −-c#sωd" ]+ P

    0

    1

    (1− 2 )2

    + (2+ )2[/ (1− 

    ú0=ωd ,−+ω-+

     P0

    1

    (1− 2 )2

    +(2+ )2

    [ / (1− 2) ]

     ,=  1

    ωd[ ú

    0++ω−

     P0

    [/ (1− 2 ) ](1− 2 )

    2

    +(2 + )2]

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    C$* %$/ 6%$4,/ , %/ '$*/+*+,/ $3+,*($/ /, 0$,%* ,* M+%3 +,*(,*$ ,*'&,*+ +$$/ %$/ 6%$4,/ , ,*+4 K&, /, 5(,* ,* ,% ,*&*'($.

    0.1 ,a-ca" de e"(ue"!a del "i"!ea a cada fecuencia deeci!ación 234 cada $.) 56 7a"!a 56.

      F4,'&,*'( , !.2 @

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      F4,'&,*'(, 9 @

    0.) C8lculo / &a-ca de la e"(ue"!a en fecuencia del "i"!ea.

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    S, +$04$* %$/ ,/5%0(,*+$/ 0=(0$/ ,* ' 48' ,5,*(,*+, ,' &* , %/ :4,'&,*'(/ , ,='(+'()*.

    0.+ Calculo del ao!i&uaien!o del "i"!ea con el 9!odo de:7alf;(o

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    S,* ,% 0+$$ ; % 48' /, +(,*, %$ /(&(,*+,

     0ma1=¿ !.9"

     0ma1

    √ 2=0.2938

    S,* % 48' ω1=11.23,ωd=12.86,ω2=14.5

    ω2−ω

    1

    ω!=2+=

     1

    2

    14.5−11.2312.86

    =0.254

    2+=

    0.254des%e3am#s ) "e!em#s &ue+=

    0.127