Analysis of solutions of differential equations of vibratory systems with varied external forces

Authors

DOI:

https://doi.org/10.5902/2179460X41890

Keywords:

Differencial equations, Vibratory systems, Analytical methods

Abstract

Several Engineering problems can be modeled from differential equations, analytical and numerical methods can be employed to determine the solutions. Among these problems, applied in the area of Mechanics, there are those that involve the analysis of vibratory systems. The present work aims to conduct a study on the solutions of the second order ordinary differential equations that model these vibratory systems, seeking to solve these equations analytically from the application of different external forces. In order to solve analytically each of the equations that describe these systems, the homogeneous equation solution is first determined. Then, depending on the type of external force that acts on the system, the particular solution is obtained using the methods of Indeterminate Coefficients or Parameter Variation. The general solution is then obtained from the linear combination of homogeneous and the particular solutions. The analysis of the solutions shows that the displacements of the masses according to time, depending on the external force applied in the system, present varied behaviors among themselves. Over time, the homogeneous solution, characterized as transient response, becomes negligible, remaining only the particular solution, characterized as the permanent response.

 

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Author Biographies

Iuri Hermes Muller, Universidade Federal de Santa Maria-Campus Cachoeira do Sul, RS

Tem experiência na área de Engenharia Mecânica.

Eduardo Silva Carlos, Universidade Federal de Santa Maria-Campus Cachoeira do Sul, RS

Possui ensino-medio-segundo-graupelo Colégio Marista Roque(2015). Tem experiência na área de Engenharia Elétrica. 

Aline Brum Loreto, Universidade Federal de Santa Maria-Campus Cachoeira do Sul, RS

Possui bacharelado em Matemática Aplicada e Computacional pela Universidade de Santa Cruz do Sul (1997), mestrado em Matemática Aplicada pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1999) e doutorado em Computação pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2005). Atualmente é professora adjunta da Universidade Federal de Santa Maria-Campus Cachoeira do Sul ministrando Métodos Numéricos Computacionais para os cursos de Engenharia. Foi professora adjunta da Universidade Federal de Pelotas/UFPel de 2008 a 2015 ministrando disciplinas da área de exatas nos cursos de Computação, Matemática, Agronomia, Química, etc.Área de atuação/pesquisa em Ciência da Computação, com ênfase em Análise de Algoritmos e Complexidade, principalmente nos temas: complexidade, intervalos, modelagem matemática e computacional. Professora colaboradora do Programa de Pós-Graduação em Computação da UFPel - Mestrado e Doutorado- e professora colaboradora do Programa de Pós-Graduação Mestrado Profissional em Ensino de Ciência e Matemática da UFPel.

Ana Luisa Soubhia, Universidade Federal de Santa Maria-Campus Cachoeira do Sul, RS

Professora adjunta da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), campus de Cachoeira do Sul - RS. Possui graduação em Licenciatura em Matemática (2008), mestrado (2011), doutorado (2015) e pós-doutorado (2016-2017) em Engenharia Mecânica pela Universidade Estadual de Campinas - Unicamp. Pesquisa na área de estruturas inteligentes, controle por otimização, otimização convexa, equações diferenciais e métodos numéricos.  

Camila Becker Picoloto, Universidade Federal de Santa Maria-Campus Cachoeira do Sul, RS

Professora adjunta na Universidade Federal de Santa Maria, campus Cachoeira do Sul.
Possui graduação em Matemática Licenciatura Plena pela Universidade de Santa Cruz do Sul (2007), mestrado em Sistemas e Processos Industriais pela Universidade de Santa Cruz do Sul (2010) e doutorado em Engenharia pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (2015).
Realizou pós-doutorado no Programa de Pós-Graduação em Matemática Aplicada da Universidade Federal do Rio Grande do Sul no período de 2015-2016. Tem experiência na área de Matemática e Engenharia Mecânica, com ênfase em Fenômenos de Transporte.
Atua principalmente nos seguintes temas: Fenômenos de Transporte e Método de Ordenadas Discretas Analíticas.

References

BARROS, Vicente Pereira de. Osciladores forçados: harmônico e paramétrico. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 29, n. 4, p. 549-554. São Paulo: 2007.

BOYCE, William E.; DIPRIMA, Richard C. Elementary differential equations. 10th ed. John Wiley & Sons; 2012.

DELGADO, Kelven S.; VARANIS, Marcus. Mathematical Modelling of a dynamic vibration absorber. Proceeding Series of the Brazilian Society of Computational and Applied Mathematics, vol. 6, n. 2. Campinas, SP: 2018.

FREITAS, Igor Ramon B. et al. Análise diferencial da vibração livre com amortecimento viscoso de um sistema massa-mola. Proceeding Series of the Brazilian Society of Computational and Applied Mathematics, vol. 6, n. 2. Campinas, SP: 2018.

RAO, Singiresu S. Mechanical vibrations. 5th ed. Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall; 2011.

ZILL, Dennis G.; CULLEN, Michael R. Differencial equations with boundary-value problems. 7th ed. Belmont, CA: Brooks/Cole, Cengage Learning;2009.

Published

2020-01-16

How to Cite

Muller, I. H., Carlos, E. S., Loreto, A. B., Soubhia, A. L., & Picoloto, C. B. (2020). Analysis of solutions of differential equations of vibratory systems with varied external forces. Ciência E Natura, 42, e89. https://doi.org/10.5902/2179460X41890

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