Drgania wymuszone

Większość konstrukcji, w tym wysokie budynki, wykazuje naturalną sprężystość i zdolność tłumienia. Sprężystość pozwala konstrukcji magazynować i uwalniać energię, podobnie jak sprężyna, natomiast tłumienie rozprasza energię, podobnie jak amortyzator lub tłumik.

Na czym polegają drgania wymuszone i jakie są ich rodzaje?

Konstrukcje, które posiadają zarówno sprężystość, jak i tłumienie i reagują na oddziaływania zewnętrzne poprzez oscylacje, są zbiorczo nazywane systemami dynamicznymi. Drgania wymuszone można podzielić na kilka podstawowych typów, w zależności od obecności lub braku tłumienia:

• drgania wymuszone tłumione
• drgania wymuszone nietłumione
• drgania swobodne

W rzeczywistości prawie wszystkie układy drgające mają pewien poziom tłumienia. Oznacza to, że po usunięciu siły zewnętrznej drgania stopniowo zanikają, a układ ostatecznie osiąga stan spoczynku. Zachowanie to nazywane jest drganiami wymuszonymi tłumionymi.

Jeśli założymy, że tłumienie jest nieistotne lub nie istnieje, reakcja układu na zakłócenie zewnętrzne nazywana jest drganiami wymuszonymi nietłumionymi.

Drgania swobodne a drgania wymuszone – różnice

Inną podstawową formą zachowania dynamicznego są drgania swobodne, które występują, gdy początkowo wytrącony z położenia równowagi układ drga samodzielnie, bez ciągłego działania siły zewnętrznej. W tym przypadku ruch jest regulowany przez częstotliwości drgań własnych układu, a zwłaszcza przez najniższą częstotliwość drgań własnych, która dominuje w początkowej odpowiedzi układu.

W przeciwieństwie do drgań wymuszonych, na które duży wpływ ma częstotliwość wzbudzenia zewnętrznego, drgania swobodne są całkowicie determinowane przez właściwości układu — jego masę, sztywność i tłumienie. Szczegółowe zrozumienie tych zjawisk jest podstawą analizy drgań, dzięki której można ocenić reakcję konstrukcji na różne typy obciążeń dynamicznych.