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Niveau maths sup
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Physique

Posté par
Lipoupou
27-12-07 à 18:30

Salut à tous, je ne sait pas si je peut ou pas mettre de la physique a cette endroit, je ne sais pas s'il y a une partie spéciale pour cela, si c'est le cas veuillez m'excusez:
Voilà le problème:

La minimisation des oscillations provoquées par le vent est une difficulté à laquelle sont confrontés les concepteurs de structures de génie civil(ponts, viaducs, antennes ...). L'objet de ce problème est l'étude d'un dispositif efficace pour cette minimisation, le "Tuned Mass Damper"(TMD). C'est un oscillateur accordé et amorti, généralement dissimulé au sommet de la structure, et couplé, au mouvement de cette dernière, de telle manière que, idéalement, il oscille en opposition de phase avec elle et "détourne" ainsi de l'énergie. Dans un repère galiléen, le mouvement du sommet S de la tour et celui du TMD s'effectuent selon une direction horizontale fixe. On note x(t) l'élongation linéaire de S et u(t) celle du TMD par rapport à la tour. A l'équilibre mécanique, x(t)=u(t)=0.
Le système {tour,TMD} est modélisé par deux oscillateurs unidimensionnels couplés mis en mouvement par la force extérieure fo(t). le premier oscillateur(la tour) est modélisé par une masse m soumise à la force de rappel élastique: félas=-kx et à la force de frottement fluide:=-h*dx. Le second oscillateur( le TMD)est modélisé par une masse m1 soumise à la force de rappel élastique: f1=-k1u et à la force de frottement fluide:1=-h1*du.
Les constantes k, h, k1 et h1 sont positives.


Questions:
On suppose que les oscillations de la tour s'effectuent sans frottement(h=0).
1) Retrouver avec la deuxième loi de Newton(principe fondamental de la dynamique), pour le système:{tour,TMD}:m*d2x+m1(d2u+dx)= -kx+fo(t). Puis pour le système {tour}: m1(d2x+d2u)=-k1u-h1*du.
Puis exprimer, c'est deux équations  sous la forme:
(1+)d2x+d2u+(w0)2x= ao(t) et d2x+d2u+2n1w1*du+(w1)2u=0. Et rouver a, w0, w1, n1 et a0(t) en précisent la signification des grandeurs physiques: w0 et w1.


Réponse: La première question est faite, on a bien, les deux équations:
=m1/m.
w0=(k/m).
w1=(k1/m1).
n1=h1/(2k1m1)).
ao(t)=fo(t)/m.
les: w sont bien des pulsations(fréquences des oscillations)( j'ai un petit doute)?

2)On s'interesse à la réponse du système a l'excitation ao(t)=R(A0exp(iwt)) R:partie réelle.
Les amplitudes complexes de u(t), a0(t) et x(t) sont notées respectivement U, A et X. On pose enfin =w1/w0(1/=((k)/k1). Exprimer la fonction de transfert H1(z) = U/X en fonction de et de z= w/wo. Qu'elle est la nature de cette fonction? Est-il avantageux d'avoir module(H1) plutôt grand ou petit?


Réponse:

La je bloque, je n'arrive pas à trouver H1, car je ne sais pas a quoi est égal: U et X , j'ai pensé que: X=Xoexp(iwt) et U=Uoexp(iwt) et trouvé Xo et Uo avec l'équation différentielle, mais je n'y arrive pas. (X0=Xo, w0=wo.....).

3)Les occupants de la tour sont sensibles à l'accélération b=d2x. Etablir l'expression de la fonction de transfert H2(z)= B/Ao=z2/((1++H1)z2-1), où B est l'amplitude complexe de b(t). Est-il avantageux d'avoir module(H2) grand ou petit?

Réponse:
Pas essayé, car pas fait la 2).

POuvez vous m'adez merci d'avance.

Posté par
Lipoupou
re : Physique 27-12-07 à 18:32

n1=h1/(2((k1m1))).

Posté par
lologuem
re : Physique 27-12-07 à 18:48

Bonsoir,
Au 2 , il me semble qu'il y a un déphasage entre u(t) et x(t), ce qui entraine H1 complexe : avec un module (le gain) et un argument ( phase ).

Posté par
Lipoupou
re : Physique 27-12-07 à 19:52

K, merci pour cela on aurait U=(U0exp(i(w+)))/(X0exp(iwt))

Mais le vrai problème c'est que je ne trouve pas X0 et U0

Posté par
Lipoupou
re : Physique 27-12-07 à 19:53

ce n'est pas U mais H1, je me suis trompé.

Posté par
Lipoupou
re : Physique 27-12-07 à 21:43

quelq'un pourrait m'éclairé?

Posté par
lologuem
re : Physique 27-12-07 à 23:40

Avec les deux équations différentielle tu trouves deux expressions de H1 : la première te donne directement le module de H1 (=Uo/Xo). La seconde te donne une autre expression du module et l'argument. Je crois que tu ne peux pas avoir Uo ou Xo mais seulement le rapport des 2, c'est à dire |H1|. Mais n'est ce pas ce que tu cherches ?

Posté par
Lipoupou
re : Physique 28-12-07 à 01:06

Bien sur que le module m'interesse, mais on me demande aussi de trouvé H1 en fonction de et z comme dit précédement.

Posté par
Lipoupou
re : Physique 28-12-07 à 11:50

tu peux me dire pourquoi on obtient Uo/Xo en résolvant la première équation différentielle et pourquoi la deuxième, nous donne a la fois, le module et l'argument, je ne comprend pas comment tu fais?

Posté par
lologuem
re : Physique 28-12-07 à 18:00

Voilà ce que j'ai fait :
a =
b =
w =

La première équation donne :
(1+a)w²*X + aw²*U + wo²*X = Aoexp(iwt)
Ce qui donne :
U/X = (Ao/Xo - wo² +(1+a)w²)/(aw²) * exp(i)
Ici on voit apparaître module et argument.
|U/X| = | Uoexp(i(wt + )) / Xoexp(iwt) | = Uo/Xo = (Ao/Xo - wo² +(1+a)w²)/(aw²)

La deuxième donne :
w²*X + w²*U + i2n1w1w*U + w1²*U = 0
d'où :
U/X = -w²/(w² + i2n1w1w + w1²)
En divisant en haut et en bas par wo :
U/X = -z²/(z² + i2n1bz + b²)

Posté par
Lipoupou
re : Physique 28-12-07 à 22:01

k, je vais regarder cela attentivement, merci.

Posté par
Lipoupou
re : Physique 29-12-07 à 21:19

une question pour le 3), il faut appliquer la seconde loi de newton au système tour avec cdomme acélération b? Ou il faut faire quelque chose d'autres?



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