Biegewelle

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Ebene Biegewelle

Biegewellen sind transversale Wellen, die sich in begrenzten Medien mit nichtverschwindender Schubspannung ausbreiten können, beispielsweise in Balken (Anwendungsfall: u. a. Triangel) und in Platten (Anwendungsfall: u. a. Glocken). Im Gegensatz zu Dehnwellen findet die periodische Auslenkung des Mediums senkrecht („transversal“) zur Ausbreitungsrichtung statt, so dass die Welle auch als periodische Änderung des Krümmungsradius beschrieben wird.

Wellengleichung

Balken

Die Wellengleichung einer Biegewelle auf einem Balken lautet in erster Ordnung nach der Euler-Bernoulli-Theorie:

2zt2+EIρA4zx4=0

mit

Für eine Dimension (Ortsvariable x) ergibt sich aus dem harmonischen Lösungsansatz

z=z0ei(ωt+kx)

mit

die Dispersionsrelation:

k2=ρAEIω.

Die Phasengeschwindigkeit c=ωk ist damit stark von der Frequenz f (und damit auch von ω) abhängig:

c=ωEIρA4.

Platte

Die entsprechende Gleichung für eine Biegewelle auf einer Platte lautet:

2zt2+Eh212ρ(1μ2)4z=0

mit den zusätzlichen Bezeichnungen

Diese Gleichung führt auf die Dispersionsrelation

k2=12hρ(1μ2)Eω

und die Phasengeschwindigkeit:

c=ωh2E12ρ(1μ2)4.

Gruppengeschwindigkeit

In beiden Fällen ist die Gruppengeschwindigkeit cg=dωdk gerade doppelt so groß wie die Phasengeschwindigkeit:

cg=2c.

Literatur

  • Michael Möser: Technische Akustik. 7. Auflage. Springer, Berlin 2007, ISBN 978-3-540-71386-9 (google-books)

Siehe auch