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Instructions for use
Title Die Eigenschwingungen und Klangfiguren der vierseitig freien rechteckigen Platte
Author(s) Iguchi, Shikazo
Citation Memoirs of the Faculty of Engineering, Hokkaido Imperial University, 6(5), 317-385
Issue Date 1942-04-30
Doc URL http://hdl.handle.net/2115/37736
Type bulletin (article)
File Information 6(5)_317-386.pdf
Hokkaido University Collection of Scholarly and Academic Papers : HUSCAP
https://eprints.lib.hokudai.ac.jp/dspace/about.en.jsp
-
Dge Eggesusgkwiggggessgeff mprsdi KReeecgfifiggegeefi deff
' ' frefieee geecktegkijgess gelagte.
vgegesegtfig
Von
Shikazo IGucHi..
(Eingegangen am. 25. 0I(t. 1941).
s
'
L
II.
III.
INHA.LTSVERZEICHNXS.
Einleitung .・・・・・.-e・.・-・・-・・・・e・-・e・・-・・・・・ .・ ・Kapitel. Allgemeine Er6rterung・・・.......- ・`.・・・・.・・・-・・ 1. Die Grundgleichung・.-・・・・・・・・.・e・a・・・・`・・・・・・ 2. Al]gemeine L6sung und die Randbedingungen .・ ・ ・ ・ . ・ ・ ・ - ・ ・ ・ ・ e
Kapitel. Die Platte mit Eckst(itzen.-・・・・-.・e-・・・・・・・・・・・4A. Allgemeines・・・....・''・・-・-・.・.・・・・....・・・・・・・ 3. Die allgemeinen Formeln.・・・・-・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 4. Die Symmetrie- und Antisymmetrieeigenschaft der Sehwingungsfli,ehe'- ・ ・
B. Die erste Schwingungsart.・・-・.'・ ・・-・・-・・・・・・-・・・・・・ 5. Die a・llgemeinen Formeln fij'r aie reeliteckige I'latte.・ - ・ - ・ ・ ,・ ・ ・ ・ ・
6. DieFormelnunddienmnerischenReehenergebnisseflirdiequadra・tisehePlatte.
C. Die zweite Sehwingungsart ・,- ・ ・ ・ ・ . . ・ t ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ t ・ ・ ・ - ・ ・
7. I)ie allgemeinen Fonneln ftir die reehteckige Platte.- ・ ・ ・ ・ ・.i ・ ・ ・ ・
8. DieFormelnunddienumerischenRechenergebnisseflirdiequadratisebePlatte・ 'D. Die dritte Sehwingungsart ・・・・・:.............・-・・・・, 9. Die ailgemeinen Formeln ftir die reehteckige P!atte ,・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ - -
'. 10. Die Formeln und die numerischen Rechenergebnisse ftirdie quadratisehe Plattet
Kapitel. Die Platte ohne Ecksttitze.・・. .. ...-..-.・..・-・-・・・A. Allgeineines・・・・・・・t・,・・・・・--・-・・・・・・・-・T・・-・ 11. Die allgerneinen Formeln ・・-・・・・・・・・・・・・・・・'・ ・・・ ・'・
B. Die erste Schwingungsart・・-・・・・--・・・・・e・・・・・b・・・・・ 12, Die allgemeinen Formeln ftir die rechteckige Platte.・・・・・・・・・・・
l3. DieFormelnunddienumerisehenRechenergebnisse£iirdiequadratischePlatte・ ' 14. Ntiherungsformeln fify die quadratisehe P]atte .・-・・・・・・・・・・・・ iC. Die zweite Schwingungsart・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 15. Die allgemeinen Formeln ftir die reehteckige Platte.・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ - ・
16. DieForme!nunddienume.rischen'ReghenergebnissefifrdiiequadratisehePlatte・
D: Die dritte Schwingungsaris.・ ・ ・ ・ . . . . . . ・ ・ ・ ・ ・ t ・ ・ ・ ・ ・ ・ - - ・
17. Die allgemeinen Forme]n fiir die reehteekige Platte .・ ・ ・ ・ - ・ ・ ・ ・ ・ ・ 18. Di,eFormelnunddienumerisehenRechenergebnitsseii'rdiequadratische?labte.
E. Experlmentelle Untersuehung.・・・・・・・・・・・-・-・・・・-・・・-
Seite
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l
'
'
,
-
318 S. Iguehi.
EINLEITUNG.
Die Eigensehwingungserscheinungen der elastischen quadratiseheii Platte mit
freien Ra'ndern sind sehon seit Anfarrg"des letzten Jahrhunderts dureh die von[E. F. IP. Chladni(i) experii[nentell hergestelltep Saildfiguren (Klangfiguren) wohl-
bekaRnt. Seit jener Zeit haben zahlreiehe Forseher, namlich Ch. XVIieatstone,2)
F. Strehll
-
Die Eigenschwingungen und Klangfiguren der vierseitig freien rechteckigen Platte. 319
I. Kapitel.
ALLGEM[EXNE ERC R:ErERUNG.
1. Die Gruxxdgleiehuftg. Ist w die Auslenkurig zur Zeit t an der Stelle
(x,y') der Mittelebene einer homogenen dttnnen Plabte, dann gilt fiir die Bie-
gungssehwingungen die Differentialgleichung , aa`i`,' +2-a.e,`2e",,/,+aa`l`:+liiil} Oa2tZ,V ==o. (.i)
' 'Hierin bedeutet p die Plattendichte und N die Plattensteifigkeit, d.h. Eh3/12
-
S. Igughi.320 ' ' ' ' A..vaVMnZ+pa, R2.==i/?n2="i', (ai!!g)
' ' pa = -3iai-22--"--P2vL-- (dimeh'sionslose Gr6sse)
tt tt
ergibt sich . ' '-x;,(e).,,,T't'a'9"ltX, ,-"A.ct'Vx, ,gl.li-!pf, le-!i.r2"x
'oderaueh ,. . . ' X;,({ll-) :(EDf VT'il"otx, ein "Ti'lctnx, (Epi "Ti'lct'eem, (iisik Vi"ilct'nx1
' ' 'Aus dem analogen Ansatz ,・ ' ' ' ?.vt ==・ Y.(-i;)sinmvr(-li' +-l;,-) oder ' w' == I';,,(X'/)cosonzor(-li'-+{li-
'
tt ' I7',.(-ii[-) :(SoiV"2s"'・3/, Sin7r'fl;B'ny, QsDi+7i`'bl'fi',tf/, sin'Tr2A"xz/
'mit den Abkttrzungen ' ' ' ' Rfi.=1/B2m2+pt, 2g.=1/i(g2m2---pa', (Bi-iE±-Z-)
.+ fo, ,.. Ii/;i pa .= .:;:ba:2V-g(71mi' . (dimensionslose Gr6sse)
'Somit sehreibt sieh nuii die allgemeine L6sung von (3), wie folgt:
' de) la.rp 2 x;,(})!Si" 'nVT' (-ill' +")+ i:2i v;.(,)1sin m7r(-l}-+ 6) l
. " {cosn7r(S'-+op) M teos7n7r(-ll}-+G),
(-,n:='(g:i;::::'i[ui:'g;gs,tr-.x:e,i/:g.x,'A), > `6a'
' 6Ei:, "ee{', ・J ' -t ' .t b il li`,;',:. A.'.,i:', 1:;i.'2j gD,Iff,',1':,S:2'11.el'#.7r.i,ctSII2./fjgi ,T,1,;ct:i:') (6b)
./ ' ' ' ' ' ' ' t tt
(4)
)
(5)
-
e
DieEigenschwingungenundKlangfigurendervieTseitigfreienreehteekigenPlatte. 321
' - ,・.. ,t , ' ' Fttr die dureh Abb. 1 dargestellte reehtecl
-
322 ' S.Iguehi. /t ' hervor. Daraus uild aus der ersten Formel (6b) t'olg't,
, A.(R2..-va2n2) {IS Di Eli-A..+Ah(Re2.-va2n2) {iSIoi Zi-Ra.
' t (A# (R2..-va2n2) ein -
-
'
Die,Ei.lensehwingungenundKlangfigurendervierseitigfreienrechteckigenPlatte. 323
' ' ' Die in (8) und (9) noeh verfiigbaren unbekannten Beiwerte a., 'ah, b., bin
mUssen miteinander so verknUpft werden, dass ?v' (7) mit (8) und (9) den ttbrigen
Randbedingungen 3) und 4) gentigen. Da aber die diesbezUglichen weiteTenRechnungen vie] komplizierter sind, als die fUr die Randbedingungen 1) und 2),
so werden sie in den kommenden Einzelfallen durchge:fiihrt.
' 4. Die Symmetrie- und Antisymmetrieeigenschaft der Sehwin'gungsflache.
Esistlei,chtersiehtlie,h,dasti , ' ' u・ct.(-g)=zi・ec.(6), vct.(-g)---ii..(e) , ・ .
jst. Ferner wird ・ ' sin wz7r ( >1-+ s) == sin "i2'7T' eos 7nvrg'+eoS 7]?{T sin 77i,7r6 ,
' m-1 . -ts ==(ml)2cos"?・T6 ftirm=::1,3,5.'.., ' ' ' 'ln ' ==
Durch EinfUhrung dieses Ausdrueks fUr w' in die Randbedingungen 3) erhalt man
:l;(-1)'Ziia,,.(-.C,.-3st-'.'A
-
324 . S. IguchL 'wbrin lautet
-.a,i.IT'zeUn'(i:Lli')pma2n2(2-v)-#-teG7t(±-ll-)== FGCa,, (abkurzungsxNTeise),
' ==ER2..(aa2.-va27r2)f};gIIIiFA'a2.(R2ct,,nvva2n2)iSgiliRa. '・'
. ' :pa2n2(2-v)(2a.(Aa2.opva2n2)ll$g-'2'"-2ct,,-Re.(22..-va2'n2)CvS'g l}Rg,,i
-um F(Act,,Il (m o!!i'ji'(., l:'3i,.ll`:l,2,','//"it,,.) eos o'b7r'7, )
', g:ltlli7ifi2M,lll in-L[llZ'ttrm.2,a-//EM'fi.",- = wwS',C',L-C :li]('1i)2!'S!-i(.,'i'it,,'.)'i"hE-:i] i}-g,)-cosoz7rn,
R2fim(siiliokcn"f,fi.m"-R32m(EgiDl.ll;7I-Tr-:/;".m"-=:8-}i}'b:{:;i](--i)"S-i(,,,+A?,.7)"(3.,+Rc,,,.)eosn7T"o7
' , (--l}
-
Die Eigensehwingungen und Klangfiguren der vierseitig freien rechteckigen Platte.. 325
' Gemgss (b) Qnd (c) geht die vorherge}iende Gleichung (a) ttber .in
' ' :;F (-o"i' [a.Gff. + 8,',XL':;,;b. WZn{(ltt,"+)2"Rik2.'Z)2(?,,(3- iEil,".))"2pa'2i-] cos n7rep == O ..
' Da diese (]llejehung ftir jeden XVert von' ,7 erfCillt sein soll, so mRss die eekige
KT.laininer verschwinden. Also wird
' "'" + ,-,8tt,'.';,1 :Il;. br "2']'l{
-
326 S. Iguchi.
Dies ist die gesuchte lj"requenzgleichung, dureh deren Aufl6sung i[nan diedell versc:hiedenen [1]onh6hen dieser Sehwingungsar't entspreehenden Eigen-werte pa (oder foi) aufzufinden hatt. XNTenn man so die Werte von pa ausrec'hnet,
1i'ISS,,12.-,")pa2 )
Stei].e von vz.
(15) init diesen
t-
"Iert ・
(18)
Damit, drUckt sjch ,jetzt die GIeiehung (15), wie folgt, aus:
-
Die Eigenschwingungen und Klangfiguren der vierseitig freien reJ'hteckigen I)latte. 327
" --
1-= q),e,
r -= ・r3QOrl
r -= cbr5carl
r
---
-= a),.lq)l3
r1-= ¢3, r MX car5car3 tli
i--
-= carlopr5 ・・・
T -:EI] oC),・3{7).s ..-
r1-:lli]ip,?s ・・・
r -ee ---
== o.
Mit Hilfe deii Multiplil{ationsformel der
Syi:nmetrierelation (Pi,j=:ss ..・
}--
I'''' I l
---
=- ol
Determinantengleiehungen
-
Diese ForderLmg wird erfallt, wenn a.:=b. ist. Somit vereinfaeht sich derAusdruek fUr zv'i(16), wie folgt:
,zvi = ceiiil)i)
,it, Jx ,,.- :ll](--1)'nii' a,,(ti,. (e) eos n7rn,+'t(n ('O) eos 7?・vr8} , (21)
a.==-"-Z'-, (ai=::-t1), (n=1,3,5...). '
al ' ' ' ' 'Wegen b. (=b.) == a. ft)Igt aus (12) oder (13") ' ・ ' ce.+i8-#,;-¥ct. ns{(iiljl--i4'7S,i,±ny`?,i-V)"2} =-o・ '
' ' ,Damit (lrUel
-
,
' ' t/ DieEigenschwingungenundKlangfigurendervierseitigfreienrechteekigenPlatte. 329'
ttt ' ' 4, =zgg,/iu-'m'p,・ -'
. fttr pa
-
330 S. Iguehi.
Tabelle 1
pa
. ' Die Werte der entspreehenden
den versehiedenenDeterminanten (v =:-`
Gi-6ssen von
O,3).
y・
j'
Al
O,750
O,740
O,716
O,700
-O,170988
-O,106968 o
・ O,025997 O,101356
A2
Wurzeln e,721086
-O,166049i
i , -O,104873l・ o,o222olIL- O,e94224
l・' O,720555i
A3
11.
Ilil
-i I j
Ad
-O,161688
-e,102209
O,021341
O,091369
O,72e503
-O,158508
-O,100218
O,020863
O,089494
O,720491
Aus dieser Tabelle'sieht man leieht, dassminantengleichung zwisehen O,740 und O,716 liegt.der rl"abelle angesehriebenen Zi・ffbrn sind die' Werteder Wurzel-, welche mittels der Lagrangeschenllnterpolationsfbrmel ausgeree]inet sind. Ferner
zeigt die Tabelle, dass die Konvergenz derZahleiifolge der den Determinantengleichungen
gi=:O, zi2=:O, U3=O, ti4==O entspreehendeiiWurzeln recht gut ist, wie Abb. 3 zeigt; ausds == O wttrde mit IE[ilfe der Newtonschen Inter-
polatdionsformel der gleiche Wert pt :O,720491
folgen, genau wie pt aus J4=O. Somit kannman fo ==' O,72049 a].s den richtigen Wert der
ersten Wurzel annehmen. Dieser Wert von paist der' allerniedrigste Eigenwert aller Schwin-gtmgsavten' der betrachteten quadratisehen Platte,
an, in dem die Platte ohne Knotenlinie sehwingt,
' AufGruncl der voran erw"a"hnten Tatsacheman einen hinreichend gena,uen Wert von padrei oder vier Zeileiri un'd Spalten der
die an(leren Schwingungsiarten, obwohl die
sendem ,Lb et,was schlechter wird. In dennungeii・benutze ieh immer die Determinante mitSpalten, d.h. die P"requenzgleichung ts4==O. DieEigenwerte pa sjnd in Tabelle 2 zusaminengestellt.
ij・die erste NNTurzel jeder Deter-
Die in der untersten Reihe
Zt ltr
x,fi ire.z
anep7 g anee6 .
'A H-i "L aneps
anepa
am3 123es6 n Abb. 3. Da!llgtellung der G(ite der
Konvergenz der Za・hlenfolge der VVurzeln u・ aus An = O.
also geh6rt er dem Grundton wie Abb. 4-(I) oder 5-(I)
man sieh nun, dass wenn man nur die ersten nimmt. Das gilt auch fUr gew6hnlich mit waeh- numerj.schen Rech- den ersten vier Zeilen und
so ausgereehneten h6heren
ttberzeugt
erhalt,
Determinante
Konvergenz nachfoIgenden
-
'Die Eigenschwingungen und Klanifiguren der vierseitig freien rechtecldgen Platte.
' ' ttTabelle 2. Die VVerte von p ulld clie der verschiedenen Beiwerte
ftir die erste Familie der erstell Sehwingungsart der
' quadratischenPJattemitv=O,3.
331
v・
pto:vs
A
thptoewpa
o
nlt
cttv
1
3
5
7
1,eooooo
O,O06940
o,eoogs2
O,OO02Vl
).?z
t
I )!2n-vn2
:
),lo?'EI
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l
v : $i = )n g eq.
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ro" ifb :. ge
k o. evP-・,
ed
ll
31
5
71tttttttttttttttttt
1
3
5
7
1,eoeooo
O,080207
o,oe476o
e,oolo23
1,oooeoo
O,223594
O,062859
O,O07986
1,31i674
3,117770
5,071538
7,051276
IHo,o2o4gIois2s6s7 i' i,42・o4g
i
1 2,877414 1 7,02049 5,5795iI 1
16;77951 4,927424 l 18,22049
I i 6,g4s34.o" I 3s,o2o4g 33,57951 l
2,344269
3,673636
5 43e986
7,314069
i
i - 3,79560
l,80440
iI i3,tw4o
29,80440i
E
3,876706
6,798838
6,247307
7,93967o
i
l/ r13,32885
I .- 7,72ss5
lII
I・ 3,4nisi
i
ll 20,27115j
* 1,869652i
2,122357"
4,528178
6,671161 ttttttt tttttttl
* 3,609550i ' * 2,242510i
l
3,312272
5,913643
5,19560
10,79560
21,99560
38,79560 ・
14,72885
20,32885
'
31,52886
tt "48,3.2885
Abb. 4.Knotenliniei}.
(I) -
(II)
(III)
* i bedeutet die irna・ginare Einheit.
' 'Weiter "roll.en wir uns rnit der Untersuehung der Sehwingyngsgestalten.,folsps,ut#.ikil//#, 'ts.s:rw,ig,e,gj ,ii",gi?:e, haZ,)'ve,e,k,f. gsl・hi'・'k'g,,sl,si"x.glg,,,",.(i;,ktko,",
Punktes (x, zl) zu jrg,endelner Zeit ist proportional zu E,Z)/. So hat man es ・nui}
n6tig, die Werte der unbekannten Beiwerte ct. ausziirechner}. Div.i(lie・rt, man zu
('liesemZ"l.eekedieersteGleichungjn(I.4)(lurchcei,soerhaltman ・ ・
' a,,+=K;,,a,=O, (at=1), (n,s--1,3,5,7) ' (23) ' s ' //oder mit den vorteilhafteren Bezeiehnung, cn,'= .llrL,. fUr n=l=s, cnn -tu l + K;m rur
n=s,sehreibtsich . ・
,
-
332 S, Iguehi.
Cll + C13 a3 + e15 a5 + e17 a7 =O,
C31 + e33 a3 + e35 a5 + C37 a7 =O, ・ (24) C51 + e53 a3 + C55 a5 + C57 a7 :O) , C71 + C73 a3 + C75 a5 + e77 a7 =O.
Dies Iautet zum Beispiel fttr die erste Wurzel pa == O,72049
' ' O,e03090-O,403537a:-O,245779as-O,176261a7=O, ・ (a) ' -O,006t545+O,953707a3rvO,059165as-O,055555a7==O, . (b) ' -O,OO0858-O,O12729a3+O,972895as-O,033904a7-mbO, ' (C) , -O,OO()22{-O,O04354a3nvO,O12351a's+O,980691a7=O. , (d)
Diese vier GIeiehungen fULr die drei Unbekannten a3, as, a7 liefern vier ver-
sehiedene Systeme der drei Gleichungen, aus deien L6sungen vier Wurzeln fUrjede Unbekannte hervorgehen. Aber sie mUssen unteteinander gleieh sein,wenn die Bedingung (Frequenzgleiehung), dass die aus allen Koeffiziepten be-stehende Determinante gg gleieh Null wird, genau erfiillt wttrde. Aber es ist
fast unm6glich, die Wurzeln pa, m.it denen die Determina,nte genau gleieh,Null
wird,auszufinden.SozumBejspielstelltdiewirklichelRechnung ・ ' tt ' ' i 'O,OOOOOI fUrdieersteWurzel・pa=O,72049, d4= -O,eOO037 fiirdiezweiteWurzel pa=- 4,4956e, ' O,OOO075 furdiedrite"Turzel pa==14,02S85 'dar. Mithin muss ein Fehler auf der reehten Seite jed6r Gleichung (24) oder((b) bis (d) hii]zugefUgt wei'den, und die wahrseheinlichsten Werte vbn a3, as, a7
sind aus den Normalgleichungen
[C・n3 Cnl] + [Cn3 eot3] a3 + [Cn3 Cns] as + [C?t3 Cn7] a7 == e )
.- [C・nsCnl] + [CnsCh3] a3 + [CnsCns] as + [ens Cn7] a7 := O, (25) [Cn7Ctrbl] + [Cn7Cpt3] a3 + [Cn7 Cn5] a5 + [Cn7Cn7] a7 `= O
zu finden. So lauten die den Gleiehungen (a) bis (d) entspreehenden Normal-gleiehungen ipit verhvmdertfachten KoeMzienten, wie folgt:
-O,747704tj +107,2580137a3 + 3,0424641as + '1,4306278a7 ='L O,
-O,l204.199 + 3,0421641a3 +101,0432495as + O,1510617a7 =;' O,
' -O,0371624+ ''1,4306278d3+ O,1510617as+99,7058617a7==O, ' tttt ttttaus deren Ldsung man die gesuchten Vgfurzeln
t a3==O,O06940, as=:e,eO0982, a7==O,OO0271
1 ,.erhalt. In analoger Weise kann man aie Werte von a3, as, a7 fiir die h6herenEigenwerte pa ausrechnen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
e
't
-
D
Die Eigenscbwingtmgen und Klangfiguren
c
der vierseitig
H
A
-to
H-a5
aa A
D
D
freien rechtbel
-
eine solche Sehwingullgsfl5ehe mindestells zwei Diagonalen als Knotenliniell,und es gilt offenbar die Antisymmetriebedingung
w, '(x, ・y) == -w"('gl, :U),
die durch die Sonderrelation
bn(== bm) == moan
'befriedigt wird. Somit ergibt sich aus (l6)
zvt == al -wt e
n-1 . , isi.==:ii],(--Ll)2a.(?t.(6)cosn7r"-2en
-
I)ie Eigensehwingungen und Klangfiguren der vierseitig freien reehteckigen Platte, 335
,
o
"
A
., ;,>EiiilJJ 2//1/'.L-ig/f
`tG)- s-si`-
ts -+vY)k-gks
s'
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r'' ,ttt ..i tltt t!1 ',.ii・ 11JII'.1. ・.. ・1
'-'-'t'-)Xx J!// xy / + l/! vag,,( es}(,
pt SN,. tt ttt as:' t'
C
F
B
・ Sthnm A-B ct. M-F
Abb. 7.
v llA
mtae
Bef
tt.t.
,
w,
Schicbtlinien der if'LFIljehe fifr die zweite Familie
der ersten Sehwingungsart mit vJ == 11,86634.
'
- ' C. Die zweite Schwingungsaret. ' ' ' ' 7. Die aalgemeinen Forrneln flir die rechteckige Platte. Es handelt siehjetzt um die zweite Schwingungsart, in der die Schwingungsflliche antisym-metriseh in 'bezug auf die beiden Mittellinien 6==O und n=O des Rechteel
-
「336 s.19uchi.
潔(一・)号・夷{鼻:螺(嚇・2・・2(2=・)募吃(結)}:・i・・一・
一幕贈・隔(η)一α2?η(2一ゆ)£:・1;。(・)ト・
bzw..
謬(一・)誓δ概{巽艦)一β2・・嬬嘱(土量)}li…罪ξ
「凄α栖(ξ)『β勉(2「の妥鑑(ξ)}ro
gen螂. In. iα)lau七e七
募1磁暢)二・・…嗣÷・乙・(士1)一一一 …ng・W・i・・)
→・(鵜一レα2π2)2鰐λ・・+λ在・(λ& ツα2’L2)2⑤tg置λ&・・,
嵐(η)一α2”z(2一レ)輩一細≒脇嚇z・1・9・w・i怠・)
.∵(驚〕舞)
7脚岬町襟留呼野…)
、+燗(λ鴛柵㊥t童τ輔隔η λ鑑Gi11輔1秘ηG曝、鱒偏)1
:B㌧萱:i七 1ヨ[ilfb de〕〔・ F{=)rr[ユelrL
細一舞綴劃一尋(}1>窒.画厩・s
ド
(a)
(b}
(e)
(28)
-
'
1{rLzs 7rny2.ZiZl.
Dieser Ausdruck fUr
und Hs. und (.
c E E g=
lausgedrUc]
-
' '338 ' S.Iguchi. ' ' 8. Die Formeln und die numerischen Reckenergebnisse fure dietische Platte. Wegen o7z =n=:2, 4,,6.・.., a==B:=1, pa'--pa fUr die
tische Platte kann man hierftir sehreiben ' ・
, 2o':i.].(--1)e{aav.(8)sinnvrn+bav.(n)sinn7re}i.
(n =: 2, 4, 6 ...)
Der Ausdruck ftir .ll?,, lautet nach (31>
' ,zli;,, ,.. - 64tL2ns = ?"2{(11--y>2on27z2 +(2-v)A2} {(1-v)2o・2s2 +(2 mv)y2}
r
quadra-quadra-
(33)
7r2H;, rz{(r2+n212-A2}{(r2+s2)2nvfo2} ' ' ' (T, 7'b) S =: 2, 4, 6e..) (34)mit
H;, Tt Rn (a"2-yn2)2 (IXtg -liL2.--ia(RZ-vn2)2 (IS tg -ll-- 2;, .
' ' '
Der Augdruek futr H;. ist derselbe wie der fUr Ji4, mit o' an Stelle von n,. Aueh
fiir diesen Fall wie fUr die erste Fai[nilie der ersten Sehwingungsart ist es m6glieh, die Frequenzgleiehung' (32) mit K;,, (b'4) in zwei verschiedene ・Gleich-
ungen von der analogen Form wie (19) und
-
DieEigeBsehwingungenundKlangfigurendervierseitigfreienreehteekigenPlatte. 339
Man kapn beweisen, dass di6 durch lkrl,. (36) gebildete Frequenzgleiehung aueh
aus der Determinantengleiehung (32) mit .K;,. (34) hervorgeht.
In analoger Weise wie・in den frtiheren Fallen erhlilt man die in Tabelle 4
zusammengestellten Rechenergebnisse fttr die erste und zweite Wprzel pt.
Tabelle 4.
fix'r
Die NNrerte von t, und die der versehiedenen
die erste Familie der zweiten Sehwingungsart
quadiratjsehen Platte mit v =O,3.
Beiwerte
der
IL
re
ts
$
M
pase
eq ・
oc-
・kts
pi esl'
gy,
ptcoo.o・ec
7Z
2
4
6
8
2
4
6
8
an
'1,OOOOOO
l
` >-rb
O,368251
O,026749
O,O06794
l
t
IE
4,049823
5,329265
6,957087
8,740770
1,eeoeeo
O,303269
i5,484688
6,487048
)!2n-vn2
- 9,60107
-- 1,201C7
12,79893
32,39893
O,l94748,
7,879201
-23,28180
-14,88180
LilII,
O,88180
)!n
2,898459i
1,897084
4,587875
7,183239
),2n'vn2
15,20!07
23,60107
37 60107 '
57,20107
O,025757 9,491144
'4,699127i,
3,175181i
3,149318
Eilli
28,88180
37,28180
51,28180
lt18,71820I. 6,157775 i・ 7Q,88180
ll
Abb. 8.Knotenlinien.
(I)
((IIIII)iii>)
-
'
3・40
D
)/i// ("
n7u-rr-'/7-dL. ・f ft] tt! trttt..t / /t-..x.X (-'x ,, ・N・tt
./. ] -y K..-.--'K"-. ."
xF
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x
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..rptg・..,g.//t,
''glitl9g{. x....-- -xHx."~ S.x'Xx × X "'x ×
+
'x-.N'"T Iii-I
.t-ssx l)×///ICg)L"s・},,
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vK..7r --
S. Iguchi.'
'
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cs(S.l' i,x
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i,k
vx l x
+f: x(.(/ll.2・if.l,,.,[
(.iil'i-ZI./'ii'
t.
F
B A scfinltt A-B Sirhnttt A-B lal
sl
(I). tJ,i=l2,40107. (II'. ve==:26,08180. ' P 1= Abb.9.Schiehtlinien T,i-FiacheftirdieersteFamilie derzweitenSehwingungsartr ,
' ' - t.Avnorazlgiel:gk.der AUSdrUOI< fUii I{r;ts derselbe wie dei m (36) iinit entgegengesetztem
' ' tt
Tabelle 5. Die XVerte der versehiedenen Beiwerte fCii` die
' zweite Familie der zweiten Sehwi]igungsart der
quadratisehen Platte mit v :e,3.
i Abb. 10. Knoteniinien.
l
I;.tt trtIFii e-.LL.LTrm-t"-!.--iI
-tt.
--;-
li---・・vIl,
l lp
w
m i' ,-rv
4t.tt -H
e
J
ny -L-t-.le..ttt N.It..J...1i.-.E,..---:,/
.....Lrnl-.L...l・L....tt
'Vv,
y n >・n')!2n-vn2
1i),tn])・2nrmvn2
2
if) 4tv・gg
CS)h
e.D 6
8
goooooe
1,284942
' '-O,131509
-e,023564
4,968777 -17,88875
6,057i25 -9,48875
7,529193 4,51125
tt
9,202649 24,11125
4,085,187・i
'
2,165352i
3,912959
6,581128
23,48875
31.,88875
45,88875
65,4s875
l
tL
i
t
,
-
Die Eigensehwingungen und Klfingfiguren der vierseitig freien rechteelcigen Platte. 341
Die iRechenergebnisse far die erste
Wurzel Fb=20,68875 sind in [l)abelle 5
zusammengestellt, wahrend die sehema-tjseh gezeichneten Knotenlinjen dafttrbzw. die entspreehenden Sehiehtliniender zab'-Flache dureh Abb. 10 bzw. Ildargeste]lt werden.
X). Die dritte Schwingungsart.
9. ])ie aligemeinen Formeln ftirdie reehteckige Platte. In den frin'heren
Untersuchungen sieht man, dass diePlatte in der ersten sowie der zweiten
Schwingungsart immer derart seh"Tingt,dass die Auslenkung einer beliebig durch
den Mittelpunkt des Quadrats gezogenengeraden Linie symmetrisch in bezug auf
diesen Punkt ist. Wir gehen jetzt dazu
Uber, den anderen SchNsringungsfall zu
betraehten, in dem irgendeine solche Linie antisym- metrisch in bezug
auf ihren
Wenn nun bezug aufdie
y
'-
nynvtgn!tnte
+1+
-9--"S Abb. 12.zva/-Flliehe.
=
wa =- :II][(
n
D''
' - y- +
・+ -
ecs ..ues
- +
+-ne5-c)pas
ew av
t,R
"ee,
R
cus ddi5
JO -no'x
A
av
nv
inca
av
nv
&eaiff A-B
c
8
e
M.
Mittelpunkt
die MitLellinie
in bezug auf die andere
eine Knotenlinie ndie schwingende elastische
den Mit・telpunkt des
verlauft; antisymmetmsch
Eine Schwingungsflaehedureh
m-1 2 b;.vp.(v) cos ?n7r6
7n (m = 1, 5, 5 ... , n == 2,4,6 ...)
Abb. 11. Schiehtlinien der i7,i-Flttche ftir die zweite 'Familie der zweiten Schwingungsart mit p == 20,68875.
schwingt. SehwingungsflEiche syminetrisch in
6 =: e, antisymmetriseh dagegen op == O ist, so muss sie mindestens
::O haben, wie Abb. I2 zeigt, und -
Linie einer beliebig dur¢h Quadrats gezogegen geraden Linie
' in bezug auf djesen l'un]
'
-
. tp
' ' ausgedrUck£. I)ie beiden unbekannten Beiwerte a. und bh werden durch die aus
denRandbedingungene"))bzw.4).hervorgehendenGleiehungen ,
' ' ・:Ill] (-1)':t' an( #: ?.i・G'.' (± -l}-)-a2n2(2-y) -;;-3,ea.( ± -12-)i sin n7i-n
' '±ll,ll].bin(m3vsm(op)--a27n'(?.-v)32,v'fi'.('7))=O
' ' ' ' ]lli,l(-1)Miibr.(,b,3,v(,'.'(±-12-)-K92m2(2-v)'tt-v'fi.(ke-i:-)]eos7ncrrcr
---- :lll a.(n3ztct.(6)-B2n(2-v) -g-i22 2t!.'.(6) i -im O,
' { miteinander verlB-e'pa-2-}'. (41)
ys (v' == l, :'S, i} ・.., n, ,g =-: 2,,4,6.:.)
l)araus l
-
r・LVb
Daftir
bm
mit
Ki,nr
Die E'igenschwingungen und Klangfigureri der vievseitig freien rechteelcigen PIatte.
tl,Hl e ltl!L. = =(-1) 2 a"?]..(e) cos trt7rny + ]:II](-1)2b.zep.(n)sin 'm7r6. (M == 2) 4,6eee, n:= 1, 3,5...)
gilt offenba,r
-- = fL:mrbr =" ()
r
- 64IhsL'onzT=s2{(1-v)2'ln2s2+(2-v)B2fo2}{(1-v)2r2su(2-v)a2pa'2}
s
343
(42)
(43)
・7r2G!{3. -El},.(7n.2+R2,,)rmmet-
nisch dagegen in bezug auf die andere ep -- O des Quadrats sehwingt. Dj.e Sch-
wingungsflache hierftir lautet sofort naeh (38), wie folgt: '
・Lva =:' a2'be,'. ,
tt on-1 E?T,h = =(-'--l)2a.zt.(g")sinn7rn + =(-1) 2 Bhv,.(op)eOs 7?z7T"6, ' (m-ny・1,3,5...,n=・2,4)6...), (44) an==-9e!ti'-J (a2--1))' isin==bfa--.
a2 , a・zDafar gilt
tt ' an + = -KLtsas = O,
Khs tuh nd ge4tt.?"ns ¥ '"2{(1lytt)2'{2(℃:,++(,2.,i,l/i2,}}{{((1,.;+"2Ii',2'22 pa+,(}2-")pa2} 1
(r=1,3,5..., n,s:=2,4,6...) >(45)
'
'
-
344, ' S.Iguc.hi- ttt
G'. f a. (Rh2 --vn2>2 Zg -g--R.-Ra (Ae,-vn2)2 ℃g :i;R;, ,
' .ZII].v=.;R,.(R;.2---vr2)2Stg-72'"-R.-a;,(R?.rvT2J2agtg-g-R;. ・j
' Wenn man daraus die Wei'te von a. ausrechnet, so kanii man die XVe]ite von
BA,ausderaus(4e)hervorgehendenGleicliung ,
B;n(=:'lltltg)i=nv,,.l'illZb;:i:i]asMS{(li,;,),27+?Z2,S,i,+-(t2,,-")'tL2}.. (46)
erinittehi.
Analog ftir die anbisymmetrisch l)zw. s>rmmertisch in bezug auf 6 :== {} bzw.
n== O sehwingende Flache ergibt sieh aus (42) .
' , . zvS =b2tHt・g, tfieug == I:ii] (-1)lt2-'a"v.(s) eos n7r77 + :il] (-1)'{'ltJIg.tt・.(op) sin m7r6 ,
n ・nz - '(o?z-2,4,6...,nl=l'1,3・,s...), (47) aA==abi-', B.=-t6':L,'' (ie2--1).
' ' ' Es ist lejcht ersiehtlieh, dass die eine von den Flljehell ZiTta und TtS dureh
eine Drehung um 900 ui:n den Mittelpunl
-
'
Die Eigenschwingungen und Klar}gfiguren der vierseitig freiell
i.
reehteekigen Platte.・' 345
v・ m plm )・m >!2m-vm"- >,lm ),2on-x'm2
T li'l-11,369403 1,611791 -O,89787 O773221i' 2,29787
Nts Eigoo 3I -O,035521 3,255437 4,70213 2,720685 7,89.787pge-ptdi57] -O,O06377
-O,OO1917
or ,157313
7,113219
15,90213
32,70213
4,837575
l6,88492119,09787
35,89787' l
i
ptcoNu.8v'tes
13 -O,219366lo,041799
2,470830
3,755663
-4,40500
1,l9.500
ll2,0260soi
1,973575
・,5,80500
11,40500$eehnai
57[l・O,O03222
I.IO,OOI1435,486803
7,35.1610
12,39500
29.,19500
l4,460380l6,62s331
22,60500
39,40500
1. Wurzel [J-1 == 1,59787.
(I-1), ,c =: O,O. (I-2),
2.' Wurzel
tc r- -1,O.
v.2 = 5,10500.
../ /-
(IL-3), ic =l TO,2.
tt 'ai-i),k=o,o.' lai-2),rc=-i,o. ''ai--3),rc=--o,3.
' Abl]. 14. Schema・ti$che Darstellung 'der Knotenfiguren ftir die dritte Schwinungsart der quadratischen Pla・tte mit v = O,3. ,
' ' ttAbb. 14-(I--1) bzw. (II-1) zeigt die schelliatiseh gezeichneten Knotenlinjen fiir(tie erste Wurzel /bbi = 1,59787 1)zw. die zweite IL2 == 5,10500, "rlihrend die ent-
spreehenden Sehiehtlinien der fo. .-Flaehe dure]] Abb. 15 dargeste]lt werden.
Wie i;!Lan aus Abb. 15-(I-t) sieht, liegt jede der die Platt・enecken passie-
renden Knotenlinien sehr nahe dem zur Knotenlinie 77 -- O senkrecht stehenden
elltspi'eehenden Plactenrande, dessen Auslenkung T/J.' infblgedessen sehr klein
wird. So schwingt dje Platte hierbej, als ob sie a,uf den beiden Rdndern
cr-. =: ± -5- firej gesttitzt wird:. Djese 1"atsache ist deswegen ganz naturljeh, weil
dj.e Gr4sse Lei= 1,;59787 ftir cliesen Seh.wingunsfall sehr wenig-; von der ersten
' ' ' ' /tt ' ' ' ' '
-
346
eLes1
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S. Iguchi.
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(I-1), v,i =- l,59787 (,c = O,o).
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g
+
c
rh)s.A ,g,B '"・ mg &. " Sthnitt A-B ve , '
(II・-1), v2 = 5,I05oo (tc == O,O).
ALbb. 15. Schiehtlinien der n,at-Flitehe fUr die erste
Familie der dritten Schwingungsart.
' ・ orh/t=EU:t:iibbt
erftillt. Diese Verbindung ist deswegen m6g]ich, weil,
TeiJschwingung ibA und 2-vS, und foIglich auch die resultierende
1) S, Iguchi, Dobo1{u-Gakl
-
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Die Eigenschwingungen und Klangfiguren der
'und dieselbe Sehwingungsdauder, a]so
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vierseitig freien rechteel
-
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(II-3), y., == 5,lo5oo (,t=-o,3i. :l,l fi
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Abb. I7. Sehichtlinieb. der Flaehe
''tZl=::{t:・ai+MV"bi'ftir die d}itte A ts"' a g " " Familie der dritten iSehwingungs-
art.' ・, .' Ltis ' - .H , aoA as
XXI. Kapite!.
DXE PLAtTE OHNE
A. Aligemeines.
' 11. Die allgemeinen Formeln. Da flirAblejtimg //S-:a?-fi in den vier Eekpunl
-
D.ieEigenschwingungenunolKlangfigurendervierseitigfreienrechteclcigenPIatte. 349
w'==:,:.x;v(g)eosn7)"(-5-+v)4:;;z.(n)eoson7r(5+e). (so)
. (m,n==O,1,2...) . ' Wegen des Versehwindens der ersten sowie der dritten Ableitung voncos mvr(S-+ e) f(ir die Sonderwerte g == ±112 geht aus den Randbedingungen 3)
・・ ..#3sx:"(±tl--)-a2n2(2-v)-tq-x;:(±-ll}-')==o '・
tt 'herv.or. MiL RUcksicht auf die erste I]'ormel in (6b) ergibt sich
t. lt (AnRct. (Z'a2.-vfL2n2) Sirt -l}2ct. + A'. Ra.(A2..-vh2n2) Sin gAe.) ' ' r- Ah'Rct.(RG2.-va2n2) (Eloi ZI-2ct. +Ah"A:.(R2ct.-va2n2) {Soi -Z; Ra. = O .
' 'Die Stitmne bZw. die Differenz der !hierduvch dargestellten zwei Gleichungenliefert
' A,,2.,,(Rtr'2.-va2}L2)ein-:.i?a.,,+A;,na,,{A2..-pa2n2)eintLtrae.--{) '
' ' t t. A;I ,'{ct.(,RZ,-va2n2) CS oi -{i-Act. + xfiI:',R:,.(a2a,,inva2n2) {S oi -Zi- ,Ra. := O ・
' 'Damit und mit aen neu eingefa}}rten Beiwerten (e. und (e;, erhalt man
fl..,,..!enCa.2g.,.i.=..-?-a-2-nl)., A,:,F,th.a.(aa/m,.i,:]L..y.mailu2).,
・ Rctneilr・:iRct,, Ra.(i5in-Zl'2a.
' ' A,x=.Cl.{.!.(R.-2cttLr..e.q.?.i-}2")., As,txh--a;,(Ra2.-va2n2).
' Rct.gDi-Zl-I2ct,, ,Ra.Eoi-72r--Ra..
'DieFunkLion.I,(8)schreibt$ic)]jetzt,xviefblgt: ' ' ' ' -X;z(6)--a.zect.(e)+a;,vct.(6), (w,==O,1,2...) )
'iLctn(6) =:(22ct.-va2n2) (SDfvr2ctn6--(Ra2.m..2n2)hL=.E.Oi7rRaneTL., ,
2ct.ein-iiact,, Ra.. (sl)
sdw'Q)ctn(6)=:93n-va2f?・2)-///rSicr",tt"/"S..;-nv(R32n-va2"2) Aie.k",?tli'5.;/'' ,・
' '
-
'
N
350 ' S・lguehi・Analog aus den Randbedingungen 4) erhliIt man
IYhi(op)::=b.zefi.(")+bin?fi.(ep), (m==O,1,2....) ,. )
' zep.(77)==(R2p.-ysg2o7z2) (EIPiorrRfim'7 (xfi2.mu.B2m2) (Soi7rAA'mn , -・, '
.. ' /V- z,.g5in-i;-,fi,ff,. R(smein-;ILAfim > (s2)
' ' v,,.(zl) =(A?,.-.B2m2) Siger`RBm'7 -(R32.m.B2m2) SincrrR'3,.,7 .
Rp,.goi-:;-Rfi. Ra.{SIoi-i}'-R's.
' 'Die in (51) und (52) noeh verftigbaren unbekannten Beiwerte a., cea, b., bin
mUssen miteinander so verkntipft werden, dass 2v' (50) mit (51) und (52) den
ilbrigenRandbedingungenl)und2)genUgt. . .'・ Mit RUcksieht auf die Beziehung ' ' ' eos mde (S + 6) -la cos M2ew?ri cgs ooz7r6-sin 7r2i7r sip wh7r6 ,
m ==(-1)+2-cosimtn-g ' /fttr 'xn =O,2,4..., ' ' m-1 ,・ ・==(-1)2si]iwL7r6 ftir 'n'b==・1,3,5...
merken wir vo}'laufig an, dass die Zeiger on in (50) bis (52) die geraden bzw.ungeraden Zahlen nehmen, je naehdem die Sehwingimgsthehe der Platte sym-
rneprisch bzw. antisymrnetriseh in bezug auf die Mittellinie 6==・O ist. Analog
durchlaufen die Zeiger n die geraden bzw. ungeraden Zahlen, wenn die Schwin-
gungsflelche der PIatte sieh symmetrisch bzw. antisymmetriseh in bezug auf die
Mittellinie n==O g,estaltet. Zur Betrachtung der Symmetrie- sowie der Antisym-
metrieeigensehaft der Seh"rlngungsflache ist natUrlich noch zu berUeksichtigen,
dass die bejden Funktionen X;,(8) und X.(op) aus Summen von gerad,en und
ungeradenFunktionenbestehen.. ・ . B. Die eifste Schwingungsart:
/ 12. Die allgemeinen Formein fur die rechteckige Platte. Da die Sehwip-gungsfigche hierfUr symmetriseh in bezug auf die beiden Mjttellinien 6 == O und
" = O des Rechtecks ist, so ergibt sich $ofbrt aus (50)
' ' 2vi'.t:Il;(-1)LZ-a.zL,.(6)6osnvrep+]illl(--1)pmM2"Vbhz`fi.(op)cos'm7rg (53)
, (m,n==O,2,4...) .
zv':= aozecto(g)+bozL6o(op) ) ・n ・m +]:li](op1)rZJ-anzectn(#)cosnvrn+iiJ,(-b7b.zLfi.(op)coso7z7r6 ・ ' ' ("z,n=2,4,6...) '
'
-
' DieEigenschwingungenundKIangfigurendervieiseitigfreienrechteckigenPlatte. 351
'Mi` 2e.,(si-L-lj./?3zel.(g)==:lviJan(g?.it/lirf/li':'Lgetti'1/,-'lif)・ l, `5`' '
tt ' Tt h ze,,(n)--,in,,buB.fop?=-.v'7iJ'(8?,i7t'-/.pa,21'-l:.#-T.,'i,"fl')・,.'' ,
' ' ' ' Um weiter die Gleicliung fitr die unbekannten Beiwerte a. und b. zu er-ll)]itetienl?' geotZleanuteWtir ZUnaehSt den AuSdruck flir 2v' (53) in die Randbedingungen
ttt t. go #22 2ea'o( ± ;IJ) + ;F{-1)':;' an( #: ie2'.( ± -E--)-va2n2Lectn( ± -ll-)j eos n7r-f7
+bo ',',",2 'ua'o (?7) - pu. b.(o7i2zeB.(77)- ",",,2 'ie'B'.,(77)] :=: O. (a)
' ' 'Dai'inwircl' ・}" . ' ' ' ' ' ;t#tea',(±Sl)=e(abkiii'zungsiveise), ' .'
' ・ ・ -=pai/pa(Etg-llLi/-i[I'+ctg-ZiLi'L][i), .(b)
' ' ' tt tt g #22 t"ct'.(±-lllt)-va27b2zea.(±S') =-IIIIr.
-
352 S. Iguchi.
Eoi w-i/P'n
sin -:U:- l/i`tL,
2 tcos 7r VM' n
lm-
4-TLi.'-foZ(i-}-m' + ¥,
4v'IIT,
vr
(2}1- -= n
Lk7/t/f2e,- cosob7rn), )
(-1)Z
sin -7T."L 1/ pai
2(SiOi vrAfs. 77
n2mtbt
COS O17T'O) ,
= l4.s7)!-!hi.ln7
7r t2R?im += nOb. .. .. ....... .. .
Sin -:i'A[sm
(L---"1)?'
1 S ,7 S2
12'
7'l・2 + R2pm
eos n7rnl ,
.(72' = 2, 4? 6 e・-)
(55)
erhglt llia!i naeh einigen Zwjsehenrechnungei}
",a,.,2 t{!p'o(n) == -8":il2pa' ('l}---i:ii,](-1)r/'i' n,psrm'tll':7T, cos 'rb7r"o] ,
Ufsnt('7) ::'=' t-,pu.'( 2(BY8,m2,Clnvl'2-pa-J,) + :!ll,)(-1)S ((1,,i+")/{O,,ii2i'(Z72i,k+":i,tS,')2 cgs nvr7]l
(d)
(e)
Da,s Einsetzen voii (b), (e), (cl) und (e)
aoc+ 4v#2Tki (bo- :l. br /s)4o.r!t pa/2)
in (a,) liefert,
..n.-.+ ::E] (-.1.)2
n
!anHli
(
n 8;It'[bo va2pat2n4-xLt2
+ :Xl br tu'
r
(1 '- v)27"2n2 + va2pat2
(n2+R?,.)(n2+af,2.)])jeos nT',7 == O.
Da・ diese Gleichung fhr jeden Wert von " erfUllt sein soll, so muss die Summe
der konstanten Glieder vtnd der mit cos・n7r7? behaftete Ausdruek teilwejse ver-
schwinden. Also erhalt ma・n
4va2pat(bO +
7rC
8pa/an M V7r Hltn
'(bO ww' ilE.i] br
va2pat2
IL12
!b
t
K{l4o'4-ib
+ ]:X] br
r
t2) "imlh"'- O,
(1-p)2oa2n2+pa2pa12)
'mit
j == oe---n4 - pa'2 (n2+Zg.)(tn,2+R
(n, r -hm 2, 4, 6 ...)
-H}.,-= (a2ctn :f.a2?Z2)2 stg .ltSft..--
e ='・//.M, Ulxn -' paV"-pa'((Sltg r;l-
(R'ct2.-va2n2)2
k2r)
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+ ctg -!}-v pa
Etg -li-Aa. ,
' 1--) .
J
(56)
s
-
Die Eigensehwingungen und Klangfiguren der vierseitig fi・eien rechteclcigen
Analog ergibt sich aus den Randbedingungen 2)
' ' ' be + 4#e,2pa (a・e- lil] as a4s4A-2 pa2) an- O'
bm ny ,,.Ilie. (ao,,¥,,B-2-"'k + :i] as 21 ilii)i./1'?)2Xi,:B,2gZ2)j -- o
' ' (m,s--2,4,(]}...)
mit ' fil,. i!si tt2・tLn! il.,".E2'U!/Slli Gtg -72r--R,,. -(af`2?"-a///,2nj)-2 {ls tg -;;-Ra.・ ,
' ' ' c' -- lme, -Elk. Ei!e p'VI' (as tg -li-i/7I7' + etg {i-',/paT'),,
Aus der ersten Gleiehung in (56) und der ersteii in (57) erhalt man
/. - ・t・ ' ' ' ' in 4vpat cia2)]br B4o.rZt pai2m--4-t;tCe-ii.ias a,s4:'12pa2 ' ) .. . tttt. .. t..ttLLt
Platte.
(57)
353
ae T , /16v2papa1 '・ cc - 7r2 bo =- 4rry.Hxna・e .fiE.i.ill.iiiE,...f'i .eet 41il#.. ,Tl/..' `ili`bl' ?....b..rJ..,.,.e,?:f'.tL..f. I.l..,,.,.f.e... (58)
T ecl ny 16V2fopa1 7r2' ''J
. Durch geeignete weitere Rechllungen 1
-
354 S・ Iguchi. ae ="iv2Vffc7:i] as s4{l12p2) . . l
'anH,,81fo7h(aon,"-pa2pa,+pu'as(1(Mn,"+)2iS,2-+i,"21=O, ' ,>(sg)
- '(n,s==2,4,6...) ・ [ki;, ,-,,, (n2i,,n+2+foP')2 Gtg g v/n2+,ci - (n2if,st-i;.}-1 )2. 'Gtg .;;i/n2-pj
ihervor. Dureh EinfUhru]ig des dureh die prste Gleiehung (59) dargestellten Ausdruck fttr ao in die zweite erhalt man
a.+XK;tsas--O, (n,s=:2,4,6...) s,Mlt
Ks==-,,ttum((2.+sce:.)l7"v2,paip,)
-
Die Eigenschwingungen und Klangfiguren der vierseitig freien rechteckigen Platte.
'K.gteb.iiX,8・u..
355
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-1,193561
-O,082133
-O,024019
-O,074816
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O,035895
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-8,904242
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-1,391915
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4,738443
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17,65284
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4,050464
5,329752
6,957461
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37,60628
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18,7471ti
38,34761
4,590368
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5,864257
'6,810985
8,149975
9,715426
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2,899354i I
1,895716
, 4,s57340 l
I 7,ls2s77 ・I
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42,27149
61,87149
33,18952
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55,58952'
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3,615451i
1,035128i
4,350691
6,850440
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3,793P51i
2,368641
5,797454
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8,12851
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(III)
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(1),砧1篇=2,45909.
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(1王),←2=6,45284.
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(III), F3講12,4G626.
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I)ie Eigenschwin,o.ungen und Kla・ngfiguren der vierseitig freien rechteelcigen Platte.
' ' ' / ' 'IZstI X'vf i ' esC
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ii;a?
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-
ausgereehnet wird, Die den ersten ffinf Wurzeln angeh6renden KnotenlinieniHw' == O werden sehematiseh in Abb. 18 dargesteJlt. Dje jn Abb] 19 gezeigten
1[i'iguren sind die entspreehenden Sehiehtlinien der t-be'-Flache. ' 2) Die zweite Sehwingungsfamilie, Hierin wollen wir uns mit der zweitenFamilie der ersten Sehwingungsart beschtiftigen, in der die'Platte symmetrisch
in bezug auf die beiden Mittellinien, antisymmetriseh dagegen in bezug auf die
beiden Diagonalen schwingt. Die Sc}iwingungsfiljehe hat hierbei iiznmer mind- 'estens zwei Diagonalen als Knotenlinien uncl wird xsTegen・b.(==b.)==-a. '
t-w'=:q.(zeo(.lt)--'it・o(op)}+]IIF(-l)-"2"a.{i(・.(.e)eosn7rv----2t・.(op)cosncrr(} (6:'3)
(n -- 2, 4,6...) '
ausgedrlicl
-
t.
Die Eigensehwingungen und Klangfiguren der vieTseitig ireien reehtecklgen Platte.
Abb. 20.Knotenlinien.
359
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23,06565
37,e6s6s
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2,033310
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4,431266
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(IV),内謂16,36387.
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Die Eigensehwingungen und Klangfiguren der' vierseitig freien rechteckigen Platte
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- sifa tt tt A・a ' ` Scbuiitt. A-・Bu.・H-F ' -te
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(V>,IXfi=:29,75gg6. "'
' .・Xbb. 21. ScbichtJinien aer 7t:/-IFIache fifr dje'zweite .Fami]ie dererstenSchwingungsa,rt. ' ' 14. Die Nh'herungsformeXn ftir die quadratisehe Platte.(62) bzw. (63) alle GIigder der unendliehen Reihen vernaehlassigt,
w' ==l ao(t{e(g)+ uo1' b)} ,
i "o "i '( ".S O, l,'tl,i/・,-g-il' -7" ::. ,i ?anl 77・ ii-g " E.O, l,t/l. li.l ilJ'LIIi'I2:-'e,'2S'i,"'ll','i.il'fL!l-i2'
wt -hi ao(?to(g)-leo(op)) ,
' de qov" pa (-g.'4-I,7rl/,f,[ -- ::. ,i tb,'1',-'--,g-//l. 'krtil.//.;'-+ g;ljt/}'V,tt7--
-). i・di.Dies'e sjnd die Rayleighschen NHherungsformeln i>,
(64b) geh5rt zu der ersten bzw. zwejken Familie der ersten
' ' '' 1) Iuord Rayleigh, "Theory of Sound," 1, S. 372, 1929.
,/
BeA
- -u W: F-
. 361
XVeml mall ill'
so erhlj,lt man
)・ (64a)
' ). (CS4b)
t/tuncl die Glejchung(64a) bz"r.
Sel]wipgungsart der
.t.t.
-
362 ・' S・Iguchi. ' 'quadratisehen Platte. Die beiden Gleichullgen genUgen von vornherein den
' (e8.W,'),L.i::o unq (a8ik'),...s:==o-
' ' ' ' 'Die Werte von pa werden dureh die aus den anderen Randbedingungen
' (ae2..W,,')t=.skO oder' (aa2:2",'),=.e=:o
. ' 'hervorgehendenGIeichung,ngmlichdureh ' '
t t tt ' ' ' agtggi/J7IL+ctg-72i"--i/7I"==O oder Mg-liL'vii[I-+tg:2Z{-i/'7I',==O..(65> ' ./ ttt tt ' ' ' 'bestimmt. Dies ist niehts anderes als die Frequenzgleichung fUr die symmet-rischen Schwingungen des geraden Stabes mit freien Enden. Es ist bemerkens-wert, dass die GIeichung (65) auch aus 1,il.ip, rz, =:c ::'; O hervorgeht.
Die Aufl6sung von (65) naeh ik liefert
' t/t/t/t//t 1. Wurzel ' 2. Wurzel 5. Wurzel 4. Wurzel - ' ' pa==2,26689,'12,25007, 30,25000, 56,25000.・ ' ' 'Diese Werte von IL ge!ten sowohl fttr die e}ste als aueh ftir die zwejte Familie,
weil eine und dieselbe Frequenzgleiehung (65) aus (64a) wie auch aus (64b) her-
vorgeht. Theoretiseh ist das aber njeht der Fall.
Man erkennt, dass die oben angeschriebene erste, zweiP.e bzw. dritte Wurzel
der in Tabelle 7 oder 8 stehenden ersten, dritten bzw. fitnften Wurzel mit nurwenigem Fehler entspricht. Ferner sieht man, dass die' den aus den theore-tisehen IB'ormeln hervorgehenden zweiten, vierten u.s.w. Wurzeln entsprechenden
Wurzeln nicht aus der Ntiherungsformel (65) folgen. .: ' ' ' ' /t ' C. Die zweite Schwingtmgsart.
Ig. Die allgemeinen FormeZn flir die rechteckige Platte. Nunmehr denkenwir uns den Fall, in dem die Schwingungsfitiehe der Platte antisymmetrisch in
bezug auf die beiden Mittellinien' 6-h-O und n =O des Reehteeks ist. Die Sch-wingullgsfl5che hat hierbei thindestens zwei Mittellinien als ihre Knotenlinien
und wird durch
' ' ' .t ' ' n-1 m-l tv'==.i:ii,](-1)2ophvct.(e)sinn7rn+Ill,?(-1)2bhv,s.(op)sin77zvrg (66) ' ' ' (m, n, == 1, 3, 5...)' ' ' tt
y'
)
-
f
' DieEigenschwingungenundKlangfigurendervieTseitigfreienrechteekigenI'latte. 363
.. , ' 'ausgedrUckti. Die darin enthaltenden Beiwerte a" undb. werden wegen der 'Randbedingungen 1) mjteinander so verkntipft, dass ' ttt ' tt ' :lll(-i)"iiaa(#:va'.
-
364 S. Iguchi.
Insbesondre ftui die quadratisehe Platte lgsst siqh sehr'eiben
mit
KLts ==-'76r24#.2 ¥. {(1-v)2r2n2 + ppa2} {(1 -v)27"2s2+v]tL2},
Gn =ti- "U(n2-vn2+pa)2
G.{(n2+7,2)2-pa2}{(7・2+s2)2-p2}
s
1/n2+p
/,
- Zg -g- i/ n2 (n+pa--2-vn2-Ib)2l/,rb2-ii)
sg -g- T/'5 2tu pa .
(71)
Der Ausdruel< ftir G. istJ CIerselbe wie der SXIr G. mit o- an Stelle von n. ' ' ' ' ・ /11111, ,・ . ' 16. Die Formean undi die numerischen Rechenergebnisse ftir die quapt 'dratischePlatte. ' 1) Die erste Schwingungsfamilie. Bei diesem SchwingungsfaIle ist dieSchwingungsfiache antisymmetriseh bzw. symmetrise}i in bezug auf die beidenMittellinien bzw. Djagonalen des Quadrats und wird gemljss bS, (-- bts,)== a"
wi == a{tbt/) ., n-1 'tt'':]:,xt.(--1)'M{}uatc41(?・'?r.(e)Sinn7rop+'vn('7)sin7z7r6), .. (72)1
(4,==;t{'S{t"It-, (a{=:1), (.'n・-th1,b',5...) '
al
ausgec{ ri'ickt. I)a. ferl}.er
a == B -ny l, tkl =; At, ) b;. -- ag
ist, so erhljlt lnEUI aus (68)
a"-e-;-8'-S,1 ::, ],, "g (1 - v)2n2s2 + pAL2
(o?,2+s2)2-pt2- =: o.
Somit verejnfaeht, sieh der Au.sdruek filr Kts, wie folgt:
.Ik its =rv- 8pa ,{1-v>2・n2 s2 + vpa2
vrG,, (・rt,2 +s2)2tupa2.
(n, s == 1, 3, 5.") (73>
In analoger Weise wie in den firttheren Fljllen erhlj,lt man die in Tabelle 9
zusammengeSteliten Reehenergebnisse und die durch Abb. 22 dargestellten IKno-tenfiguren. Abb. 23 zeigt die entspreehenaen Sehiehtlinien der tt,'-Flgche.
/t
'
-
a
'
Die Eigenschwingungen und Klangfiguren der vierseitig freien reehteckigen Platte. ' ' ' ' 'Tabelle 9. Die Werte von pa und die der versehiedenen Beiwerte fUr die erste Familie der zweiten Sehwingungsart der
' quadratisehenPlattemitv-hO,3.
X/2n-vn2 Abb. 22.Knotenlinien.
365
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-7,16163
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26,43837
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Abb,12.
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Die jn Tabelle 9 angeschriebene erste Wurzel pm =1,36508 ist der aller-,niedrigste Eigenwert far alle Sehwingungsarten der vierseitig freiell quad.ra-tischen IPfatte ohne IEckstUtze, also geh6rt sie dem Grundton an, in welchem
df6 Platte mit den beiden Mitteljinien 6==O und n--O als ihre Knotenliniensehwingt, w,i'e Abb, 22-(I) oder 23-(I) zeigt.
2) Die zweite Sehwingungsfamilie. Wir wollen uns jetzt mit der zweiten,sc・ghMil.e,,g9r.,Z.'K,'2i::,Ssw, 1iig.".",gS,:"%,b8.Sgh/r.ft,iga:・g i,a,,ggx dMe,Xsmxl・eg,uwwgi;.e
aueb auf die beiden Djagonalen des Quadrats gestaltet. Die Schwingungsfiaehe hat
hierbei mindestens vier Knotenlinien g =- O, op sc O, 6 == op, 6 == -n, und der Aus-
druek fUr t-w' wird nur durch Umk,ehrung des Vorzeiehens von v.(op) in (72)ermittelt. Also lautet
n-1 . 'i7tii::][il(-1)2a;,(?,.(g)sinn7r'7?-v.(,7)sinncrr8}. . (74) (7b -- 1, 3, C) ...)
jAnalog ist der Ausdruck fUr K., (lerselbe wie der in (73) mit eiitgegengese-
tztem Vorzeiehen. Der allgemeine Ausdruek von K;,, (71) ist verschieden von dem von IL,,(73) fUr Ln ),2n-vn2),t7I )!2n-vn2
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4,237686
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Abb. 24.Knotenlinien.
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Die Eigensehwingungen und Klangfiguren der viergeitig freien rechteel
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DieEigenschwingungenundKlang'figurendervieTseitigfreienrechteckigenPlatte. 371
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17. Die ailgemeinen Formein ftir die rechteckige Platte. Wir wollen hierbei die dritten Sehwingungsayt betrachten, ill welcher die Auslenl
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' ' "VgTie in Ziff. 10 ftir die quadratische Platte mit EekstUtzen erwahnt, sind
die Gr6ssen von lh fur tZV',S gleich den entspreehenden Gr6ssen von IL fur tta. Die
Werte von pa ftir die beiden Sehwingungsfielehen t-wa und t-toS 1{6nnen daher durch
Aufl6sung der dureh KL,, (78> mit a -ny- B == 1, namlich durch
' KLzs'=-ellitt-'(l2/i('.,-"pa2:7)-`tt-pa,)+]lll.II{(Gti.{(",>,',O"llli2.,iS,gtLX},}{{{i(il;l)i2,.:)2,S2i+ip",'}`2}) (g3)
' ,"gebildeten I"requenzgleiehung ermittelt werden.
Die viTirl
-
Tabelle. 11e Die W erte von pa und die der versehiedenen'der quadratischen Platte mit
Beiwerte ftir die dritte
v = e,3.
Schwingungsart
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-5 O,O04296 5,340982 21,02609 4,633994 13,97391" 6 O,O03208 6,286978 28,726e9 5,698587 21,67391
7 O,OO1827 7,247489 37,・82609 6,743434 30,77391 8 e,OO1325 8,217425 48,32609 7,776498 41,27391
' m - . - ' o -7,629322 - m'-
-ntS'ffo 1 leggegg) 2,681449 6,89017 2,278194i -5,49017 2 -O,565877 3,1922e5 8,99017 1,479922i -3,39017
=oB9 3 -O,860284 3,897457 12,49017 1,676255 O,10983 4 -O,O13918 4,710645 17,39017 3,132067 5,O0983・5 -O,043478 5,584816 23,690X7 4,337031 11,3e983' 6 -O,OI0758 6,495396 31,39017 5,459838 -19,e0983
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Die Eigenschwingungen und Klangfiguren der vlerseitig.freien reehteekigen Platte. ・379
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der dritsten Sehwingungsart.
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DieEigensehwingungenundIt gleich wird, nljmlieh
.t,a(xi,yi)+Kt-teS(xt,yi)=7 oder rc==77T.,/k'fs(,X,ilge}・
Dies ist aber darauf besehrttnkt, dass die Gr6sse r-u6(:ui, yi) nieht gleich Null ist,
oder in anderen Worten, der Punkt (xi, yi) nieht auf den I
-
384 S.Iguchi.
1)f〔tr晒3. 2)f〔irF」. 2) f貢r ←3, 2)f葭r臣1.
Abb.30. Slmd6guren ftir die erste SehwingUI1傘sart.
灘縫灘..難
漁離饗羅..莚翔
1)f直r腕.
1懸回目憲 2) fUr IL】.
幽幽鱗.・灘
雛繋.『臨
2) fhr 』瓦3. 2) fhr pL4φ
Abb.31. SandfigUren f〔ir die zweite Schwhlgullgsar七.
ゆ
1) fUr p」1. 3) f廿r μ】. 3) fiir μ1.
畷 蓑
犠
2) fUr μ1.
嚢ヂ3) fUr 魅2, 2)f廿r儲2. 1)駈r隔, 3) f〔ir μ窩.
1) 貫ir μ4 巳 3) fUr μ4. 3) fiir Iり。 2) fUr l二4,
Abb.32. Sand伍gurell filr dまe drit七e S¢hwingullgs制t.
-
' DieElgenschwingungenundKlangfigurendervieTseitigfreienreehteclcigenPlatte. 385 tt ' '