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Ensayo

ES386 - 1st - Vibration Analysis Computational Lab Report - University of Warwick

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Lab Report for Dynamics of Vibrating Systems Module (ES386) as part of the Engineering Course at the University of Warwick which received a 1st (94%).

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ES386 Assignment 2024-25 - Modal analysis
Student ID: […]
You may find it helpful to insert a figure when answering some of the questions below, see Briefing.


(a) For the continuous beam that the lumped-mass model is aiming to capture, a fundamental
frequency of 42.9 rad/s was determined. How does this compare to your results for the natural
frequencies and mode shapes of the lumped-mass model?


The lumped-mass model’s first natural frequency (35.33 𝑟𝑎𝑑/𝑠, Fig. 1a) underestimates the
continuous beam’s fundamental frequency (42.9 𝑟𝑎𝑑/𝑠) by 17.6%. This discrepancy arises because
the 9-DOF lumped model approximates an infinite-DOF continuous system, introducing spatial
discretization errors. While lower modes (Figs. 1a-c) reasonably approximate the beam’s behaviour,
higher modes (Figs. 1d-i) exhibit unrealistic jaggedness due to limited resolution. The Euler-Bernoulli
beam theory predicts exact frequencies for continuous systems, whereas the lumped model
provides an engineering approximation. Increasing the number of masses would improve accuracy,
but the 9-DOF model suffices for practical low-frequency analysis, balancing computational
efficiency with acceptable error.


[99 words]
[100 words max]

, Figure 1 – first nine eigenmodes of the 9-DOF lumped-mass beam, showing mode shapes and nodal displacements. Natural
frequencies range from 𝜔! = 35.33 𝑟𝑎𝑑/𝑠 to 𝜔" = 4025.23 𝑟𝑎𝑑/𝑠.


(b) Why do we use proportional damping? By comparing with measurements made in the
(experimental) laboratory workshop, explain why ⍺ = 0.1 and β=0.0001 (as used in the plot) are
reasonable choices for C = ⍺M+ βK. Finally, state which damping model (e.g., viscous, air, Coulomb)
was assumed in this assignment.


Proportional damping (𝐶 = 𝛼𝑀 + 𝛽𝐾) is employed because it maintains modal orthogonality,
enabling decoupling into single-DOF systems via the modal matrix. The values 𝛼 = 0.1 and 𝛽 =
" %$#
0.0001 yield a damping ratio 𝜁! = #$ + #
= 0.0032 for 𝜔! = 35.33 𝑟𝑎𝑑/𝑠, matching
#

experimental data for steel beams. Unlike structural damping (which predicts infinite damping
at 𝜔 → 0), Rayleigh damping ensures frequency-proportional 𝜁. The time constant (𝜏 = 8.9 𝑠)
prevents over-damping while accommodating higher modes. Viscous damping is confirmed by
velocity-proportional decay in all figures. This model outperforms other alternatives such as
Coulomb damping by avoiding nonlinearity and modal coupling, making it ideal for industrial
superposition analyses.


[93 words]


[100 words max]

Información del documento

Estudio
Desconocido
Subido en
18 de enero de 2026
Número de páginas
6
Escrito en
2025/2026
Tipo
Ensayo
Profesor(es)
Desconocido
Grado
A+
$11.22

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