Методы получения дифференциальных уравнений движения

Методы получения дифференциальных уравнений движения [c.12]

Для получения дифференциальных уравнений движения воспользуемся методом Лагранжа. [c.13]

Применим метод обобщенных координат для получения дифференциальных уравнений движения из общего уравнения механики. Метод обобщенных координат приводит к исключительно важному результату. Он дает общий вид дифференциальных уравнений движения в обобщенных координатах, называемых уравнениями Лагранжа (второго рода). Эти уравнения позволяют для каждой задачи на несвободную систему пользоваться наиболее удобными и естественными величинами при описании движения системы, исключая из рассмотрения связи и силы реакции. Лагранжевы уравнения оказываются полезными и для свободных тел и точек, так как имеют инвариантную (скалярную) форму во всех системах координат, а это позволяет легко составить уравнения в наиболее удобной системе координат, не пользуясь громоздкими формулами перехода (например, от декартовых к сферическим). [c.180]

При решении задач на устойчивость движения в этом пункте будет применен прямой метод интегрирования дифференциальных уравнений возмущенного движения. Этот метод наиболее эффективен по своим результатам, однако его применение ограничено небольшим числом возможных приложений ввиду математических трудностей, связанных с получением решения в замкнутом виде. [c.646]

Требуется 1. Составить дифференциальные уравнения движения механизма. 2. Решить с помощью ЭВМ полученную систему уравнений на интервале времени т. 3. Построить графики o)i,(0. 4г(0, ф1(0. ф4(0- 4. Для момента времени/ = 8 Д/ = 0,56с определить графоаналитическим методом угловые скорости звеньев и сравнить с результатами счета на ЭВМ. [c.38]

Теория возмущений занимает центральное место среди приближенных методов интегрирования дифференциальных уравнений. Однако в задачах с малым параметром е при старшей производной сколь угодно малые изменения параметра приводят к конечным приращениям решения. При в=0 понижается порядок уравнения. Различие фазовых траекторий исходной и вырожденной систем существенно усложняет получение приближенных решений. Сингулярные уравнения встречаются в механике, релятивистской теории поля и в основном теориях движения плазмы, жидкости и газа. [c.331]

Составление дифференциальных уравнений движения сложных гироскопических систем по методу Эйлера — Д Аламбера и по методу Лагранжа полезно в целях сравнения и контроля результатов, полученных с помощью обоих методов для одной и той же системы. [c.126]

Уравнениями движения машины в дифференциальной форме удобно пользоваться в тех случаях, когда приведенные моменты или силы зависят от скорости или времени (например, при учете упругости звеньев, передающих движение механизму), а приведенный момент инерции или масса зависят от положения звена приведения. Полученные дифференциальные уравнения в общем случае могут быть проинтегрированы приближенно численным методом Эйлера, причем искомые значения и / вычисляются последовательно, по ступеням. [c.360]

Связь аналитической механики и современной физики. Два великих достижения современной физики теория относительности и квантовая механика — теснейшим образом связаны с аналитической механикой. Теория относительности Эйнштейна революционизировала все области физики. Было показано, что ньютонова механика справедлива лишь приближенно для скоростей, малых по сравнению со скоростью света. Однако аналитический метод, основанный на использовании принципа наименьшего действия, остался неизменным. Модифицирована была лишь функция Лагранжа получение же дифференциальных уравнений движения из принципа минимума осталось. Действительно, полная независимость вариационного принципа от какой-либо специальной системы отсчета делала его особенно ценным для построения уравнений, удовлетворяющих принципу общей относительности. Этот принцип требует, чтобы основные уравнения природы оставались инвариантными при произвольных преобразованиях координат. [c.394]

Дифференциальные уравнения движения, полученные по методу Лагранжа, будут таковы [c.396]

Как указывалось в п. 29, 30, для получения системы уравнений движения машинного агрегата в виде квазилинейных дифференциальных уравнений с кусочно-постоянными коэффициентами и кусочно-постоянной правой частью, необходимо воспользоваться методом кусочно-линейной аппроксимации опорной кривой [см. [c.223]

Таким образом, матрица С содержит нелинейный элемент ai, вектор-функция F (t, у) — нелинейную компоненту Fz t, v)- Вследствие этого дифференциальное уравнение движения (12.7) является нелинейным общего вида. Учитывая сложность зависимости (U), решение уравнения (12.7) точными методами неосуществимо тем более, что зависимость силового передаточного отношения от скорости обычно задается таблично. Полученные экспериментально такие функции не обладают достаточной гладкостью для существования классического решения системы дифференциальных уравнений движения. Следовательно, задача отыскания точного решения в этом случае не имеет смысла. Решение системы уравнений (12.7) осуществимо методом кусочно-линейной аппроксимации нелинейных зависимостей, в том числе и в случае их табличного задания по экспериментальным данным [29]. Отыскание решения аппроксимирующей системы осуществляется методами, разработанными в гл. II, причем найденное таким образом решение у t), удовлетворяющее условиям аппроксимации [c.305]

Необходимой предпосылкой для контроля колебаний механических систем является понимание деталей динамического поведения систем при действии возбуждающих сил, приложенных в различных точках системы. Для решения этой задачи использовались различные подходы, включая прямое получение необходимой информации путем замеров, математическое моделирование и точное решение дифференциальных уравнений движения в частных производных, дискретное моделирование с помощью конечных элементов и решение результирующей большой системы дифференциальных уравнений второго порядка, энергетические методы и объединение решений соответствующих подсистем полной системы. Все эти подходы имеют свои достоинства и недостатки, и ни один из методов сам по себе не может считаться наилучшим. Выбор подхода определяется наличием средств и времени, опытом и искусством исследователя, без страха встречающего каждую специфическую задачу, по- [c.14]

Задачи динамики конструкций, несущих частично заполненные резервуары, и конструкций с подвесными грузами с точки зрения механики подобны. Как будет показано ниже, дифференциальные уравнения движения одной и другой конструкций совпадают с точностью до констант. Поэтому метод исследования, все вычисления и результаты, полученные для конструкций, несущих частично заполненные резервуары, могут быть полностью использованы. [c.109]

До сих пор мы непосредственно решали дифференциальное уравнение энергии пограничного слоя. Рассматривались только те граничные условия, при которых существуют автомодельные решения. При других граничных условиях дифференциальные уравнения движения и энергии всегда можно записать в конечноразностном виде и получить численное решение. Другим плодотворным методом, который часто используется для получения приближенных решений инженерных задач, является решение интегрального уравнения энергии. [c.258]

В этом методе также используется разложение деформации изгиба по ортогональным формам для получения обыкновенных дифференциальных уравнений движения, но эти формы не обязательно являются нормальными формами свободных колебаний. Положим 2 = X (0. где — обобщенные коор- [c.424]

Интегрирование дифференциального уравнения движения. Интегрирование производится методами, известными из курса высшей математики и зависящими от вида полученного уравнения, т. е. от вида правой части в равенстве (9). В тех случаях, когда на точку, кроме постоянных сил, действует 0Д1 а переменная сила, зависящая только от времени t или только ст расстояния X или же только от скорости v, уравнение прямолинейного движения можно проинтегрировать методом разделения переменных (см. задачи 98—100). Если при этом в задаче требуется определить только скорость движения, то часто можно при решении ограничиться интегрированием одного из уравнений (7) или (8). [c.253]

Последние два уравнения представляют собой дифференциальные уравнения движения системы и тождественны уравнениям движения, полученным, например, методом Лагранжа. [c.77]

Это дифференциальное уравнение движения стержня, полученное вторым методом Лагранжа. [c.437]

Назначение этого параграфа связано с анализом дискретных схем интегрирования уравнений движения (дискретных моделей). Вопросы, которые здесь обсуждаются, связаны с первую очередь с вопросами механики. При переходе к описанию уравнений движения в конечных разностях законы сохранения могут нарушаться. В связи с этим обсуждаются способы формирования численных схем, которые не приводят к нарушению законов сохранения. По существу речь идет о методах построения таких дискретных моделей, которые содержат в себе законы сохранения исходной непрерывной модели законы сохранения полной энергии, импульса, фазового объема и т. д. Необходимо заметить, что анализ этих вопросов имеет большое значение для механики. Это связано с тем, что предельные теоремы о равномерной сходимости ломаных Эйлера к решению дифференциальных уравнений движения имеют чисто теоретическое значение, так как при использовании ЭВМ этого предельного перехода не производится, а в качестве приближенного решения рассматривается соответствующая ломаная с достаточно малым, но не равным нулю шагом интегрирования И. Одним из возможных методов получения дискретных моделей служит вариационный принцип [c.290]

Для решения выдвигаемых перед нею задач механика жидкости и газа, так же как и теоретическая механика, применяет точные и приближенные математические приемы интегрирования основных дифференциальных уравнений движения, уравнений переноса тепла, вещества и других уравнений, выражающих законы физических процессов в жидкости и газе (например, уравнения электромагнитного поля). Для получения суммарных характеристик явлений используются общие теоремы механики и термодинамики теоремы количества и моментов количеств движения, закон сохранения энергии и др. Значительная сложность явлений вынуждает механику жидкости и газа широко пользоваться услугами эксперимента, обобщение результатов которого приводит к эмпирическим закономерностям, а иногда и к полуэмпирическим теориям. Такие отклонения от дедуктивных методов классической рациональной механики вполне естественны для столь быстро развивающейся науки, как современная механика жидкости и-газа. [c.14]

Способы определения компонентов тензора напряжений ао (способы разделения напряжений ). Широко применяемые в статической фотоупругости методы разделения напряжений, основанные на численном интегрировании дифференциальных уравнений равновесия, не могут быть применены в динамической задаче в связи с трудностями получения поля изоклин и определения правой части дифференциальных уравнений движения, в которую входят ускорения и(х 4), и(у, 1). [c.204]

С этой точки зрения расчетные формулы, получаемые путем интегрирования исходной системы дифференциальных уравнений движения смеси в трубах, имеют несомненные преимущества. В то же время следует отметить, что интегрирование исходной системы дифференциальных уравнений представляет большую сложность и может быть выполнено только с помощью численных методов на ЭВМ и лишь в отдельных случаях удается получить точное решение в аналитической форме. Поэтому с целью получения формул, пригодных для инженерных расчетов течения смеси в реальных трубопроводах большой протяженности, производится осреднение отдельных слагаемых уравнения движения. В каждом конкретном [c.309]

Наиболее разработанной является группа аналитических методов, которые заключаются в составлении дифференциальных (иногда интегральных или конечных) уравнений движения, учитывающих специфику конкретного гидродинамического явления, и в отыскании точных или приближенных их решений. Тот или иной метод может быть построен на одной из указанных моделей среды. Кроме того, на основе предварительного изучения составляется расчетная модель или схема данного явления, в которой по возможности полно учитываются его существенные свойства. Общие уравнения движения упрощаются на основе учета характерных особенностей данного явления или задачи, и выбирается подходящий математический метод решения полученных таким путем уравнений. [c.23]

При неустановившемся движении жидкости в трубопроводе могут быть поставлены те же задачи на его расчет, что и при установившемся, однако чаще всего на практике приходится решать задачи первого или второго типа. Для простого трубопровода задача расчета сводится к одному обыкновенному дифференциальному уравнению, как правило, не сводящемуся к квадратурам или системе из двух уравнений. Для численного решения этой задачи можно воспользоваться известными из курса математики методами Эйлера или Рун-ге — Кутта. Последний метод обычно реализуется в математическом обеспечении машины в качестве стандартной программы. При проведении гидравлических расчетов трубопроводов на ЭВМ, особенно для неустановившихся течений жидкости, расчетное уравнение целесообразно привести к безразмерному виду, чтобы основные слагаемые имели порядок величины, равный единице. При таком подходе существенно уменьшается вероятность получения в процессе вычислений машинного нуля или переполнения. [c.138]

Из всех известных методов решения линейных дифференциальных уравнений в задачах теории механизмов и машин наибольшее распространение за последние годы получил операторный метод, основанный на применении преобразования Лапласа. К достоинствам этого метода надо отнести во-первых, замену дифференциальных уравнений алгебраическими, решение которых позволяет затем найти искомые решения дифференциальных уравнений во-вторых, возможность получения вспомогательных функций (динамических передаточных функций), которые позволяют установить свойства получаемых решений, не зависящие от вида функций х(/) и от начальных условий, что облегчает качественное исследование уравнений движения механизма. [c.166]

Чтобы решить уравнение (1), необходимо знать характер изменения давления воздуха в обеих полостях рабочего цилиндра. В работе [4] приведена система уравнений, описывающих динамику пневматического привода, в том числе уравнение движения поршня и уравнения, характеризующие давления по обе его стороны, полученные в предположении квазистационарного протекания термодинамических процессов и отсутствия теплообмена между приводом и окружающей средой. Таким образом, задача сводится к решению системы из трех нелинейных дифференциальных уравнений, которую возможно решить только численными методами. В работах 4, 5] такое решение проведено посредством ЭВМ для процесса торможения при различных конструктивных параметрах пневмоприводов и разных режимах их работы. [c.221]

При помощи этих m уравнений можно исключить из уравнения (1) т из Зп вариаций 6х бу,, 6z и если после этого оставшиеся вариации положить независимыми друг от друга, то символическое уравнение (1) распадется на дифференциальные уравнения движения. Но это исключение было бы очень затруднительно и имело бы, кроме того, некоторые неприятные стороны во-первых, пришлось бы некоторые координаты предпочесть другим, и поэтому получились бы несимметричные формулы, а, во-вторых, для различного числа условных уравнений получалась бы различная форма результатов исключения, вследствие чего общность исследования была бы сильно затруднена. Все эти трудности преодолел Лагранж введением множителей (метод, который уже Эйлер часто употреблял в задачах de maximis et minimis ). Так как в уравнения (1) и (4) вариации 6х 6у dz, входят линейно, то исключение т из них можно произвести следующим образом. Умножаем уравнения (4) соответственно на множители 7, и,. . . и складываем их с (1) полученное уравнение назовем (а). [c.304]

Ниже будут рассматриваться системы дифференциальных уравнений движения машинного агрегата, соответствуюш.ие случаю встройки нелинейного звена с нелинейной характеристикой произвольного вида в соединение . При этом порядок системы дифференциальных уравнений остается неизменным на интервале [О, оо). Очевидно, результаты, полученные при рассмотрении машинных агрегатов такого типа, распространимы при помощи методов п. 23 на машинные агрегаты с нелинейными звеньями, встроенными в массу . [c.148]

Развитие современной авиации указывает на возможность создания самолетов с большими сверхзвуковыми скоростями (ги-перзвуковая авиация), когда радиусы правильных виражей достигают нескольких сотен километров и разворот самолета над целью на 180° требует столь больших расходов топлива, что гипотеза о постоянстве массы самолета становится некорректной. Если написать уравнения правильного виража, считая массу самолета, его скорость и угол крена переменными, то полученная нелинейная система дифференциальных уравнений движения центра масс самолета оказываегся недоступной для аналитических методов исследования и обычно такие задачи изучаются методами численного интегрирования. [c.223]

Так как измерения проводятся с некоторыми ошибками, то естественным подходом к определению ориентации является статистическая обработка измерений. Если на фиксированный момент времени приходится достаточное количество разнообразных измерений, то это позволяет определить ориентацию локальным способом, ничего не зная заранее о движении спутника около центра масс. Но обычно достаточное количество измерений рассредоточено по значительному интервалу времени. В этом случае ориентацию можно определить лишь интегральным способом, используя всю сумму информации для построения какой-то модели движения. В связи с этим велика роль моделей движения спутника около центра масс. В качестве такой модели можно брать невозмущенное движение, дифференциальные уравнения движения и т. п. Алгоритмы статистической обработки информации обычно являются итерационными. Поэтому большую роль играют методы получения нулевого приближения к движению спутника. Это нулевое приближение обычно получается из той же информации, которая в дальнейшем участвует в статистической обработке. Параллельно с определением ориентации возможно определение моментов сил, действующих на спутник. Разработке методов определения ориентации и определению ориентации ряда советских искусственных спутников посвящены работы В. В. Белецкого (1961, 1965, 1967), В. Н. Боровенко (1967), Ю. В. Зонова (1961), В. В. Голубкова (1967), Г. Н. Крылова (1962), Э. К. Лавровского (1967), С. И. Трушина (1967), И. Г. Хацкевича (1967) и другие, среди которых отметим работы, посвященные определению некоторых параметров вращения и ориентации спутников по оптическим наблюдениям за изменением их яркости (В. М. Григоревский, 1961, 1963). [c.295]

Анализ динамики движения рабочих частей. Движение рабочих частей молота происходит под действием переменного давления энергоносителя. Из-за трудностей точного решения дифференциального уравнения движения и получения аналитических выражений для расчета скорости, перемещения и времени обычно пользуются трудоемким графоаналитическим методом. Для этого вычерчивают в крупном масштабе предположительные индикаторные диаграммы для верхнего и нижнего энергоносителей и, разделив их на участки, решают последовательно уравнения движения, составленные для каждого участка в предположении линейной завг силюсти давления от перемещения [9, 20, 7, 2 ]. [c.381]

В монофафии выполнен сравнительный анализ уравнений движения жидкости и твердого тела в напряжениях. В результате сравнения показано, что возможно получение уравнений движения вязкой жидкости с произвольным реологическим уравнением. С позиций метода проанализирована система Навье-Стокса и отмечено существование некоторых противоречий, затрудняющих получение общего решения. Приведена иерархия уравнений движения для вязкой, невязкой и идеальной жидкости. Рассмотрено использование данного метода для расчета некоторых известных и новых частных задач. Указаны пути замыкания систем дифференциальных уравнений движения. [c.2]

В заключении этой главы полезно было бы напомнить общее положение, лежащее в основе почти всей прикладной математики. Это положение гласит, что точное решение линеаризованных дифференциальных уравнений движения эквивалентно в то же время приближению, полученному из решений точных (нелинейных) уравнений, управляющих системой. Конечно, точного общего математического определения этого положения не существует, но данная процедура давно стала стандартной в прикладной математике. Действительно, его внешняя привлекательность усиливается ещё и теми огромными трудностями, с которыми неизбежно сталкиваются при использовании любого другого метода решения. На справедливость данного утверждения а posteriori указывает множество решенных таким способом задач. Тем не менее, с точки зрения логики, это положение не имеет строго математического обоснования . [c.57]

Так как в общем случае система дифференциальных уравнений движения ИСЗ не интегрируется в конечном виде, то при разработке аналитических методов прогнозирования применяют различные способы получения приближенных решений. К ним прежде всего относят способы, основанные на разложении решений в ряд, иапример, по степеням приращения независимой переменной или по степеням малого параметра, а также повитковое суммирование приращений элементов в узлах орбиты и решение уравнений возмущенного движения с нспользованнем метода усреднения (см. гл. 7). [c.232]

В космической баллистике используют различные системы координат. При Удачном их выборе дифференциальные уравнения движения КА даже при самом полном учете действующих иа КА сил принимаккг более простой вид, что существенно упрощает решение конкретной навигационной задачи. Однако и при правильном выборе системы координат и состава используемых переменных, характеризующих движение, сложность решения системы дифференциальных уравнений и подбора рационального метода получения требуемых данных в значительной степени зависят от полноты и сложности задания правых частей уравнения (18.1), т. е. ее составляющих О, К, Р, Q. Эта задача доста- [c.476]

Существует два способа расчета параметров жидкости в пограничном слое. Первый способ заключается в численном решении системы дифференциальных уравнений пограничного слоя, впервые полученных Прандтлем, и основывается на использева-нии вычислительных машин. В настоящее время разработаны различные математические методы, позволяющие создавать рациональные алгоритмы для решения уравнений параболического типа, к которому относится уравнение пограничного слоя. Такой подход широко используется для определения характеристик ламинарного пограничного слоя. Развиваются приближенные модели турбулентности, применение которых делает возможным проведение расчета конечно-разностными численными методами и для турбулентного потока. Второй способ состоит в нахождении методов приближенного расчета, которые позволяли бы получить необходимую информацию более простым путем. Такие методы можно получпть, если отказаться от нахождения решений, удовлетворяющих дифференциальным уравнениям для каждой частицы, и вместо этого ограничиться отысканием решений, удовлетворяющих некоторым основным уравнениям для всего пограничного слоя и некоторым наиболее важным граничным условиям на стенке и на внешней границе пограничного слоя. Основными уравнениями, которые обычно используются в этих методах, являются уравнения количества движения и энергии для всего пограничного слоя. При этом, однако, необходимо задавать профили скорости и температуры. От того, насколько удачно выбрана форма этих профилей, в значительной степени зависит точность получаемых результатов. Поэтому получили распространение методы расчета параметров пограничного слоя, в которых для нахождения формы профилей скорости и температуры используются дифференциальные уравнения Прандтля или их частные решения. Далее расчет производится с помощью интегрального уравнения количества движения. [c.283]

НИИ точных или приближенных решений этих уравнений. Тот или иной метод может быть построен на одной из указанных моделей среды. Кроме того, на основе предварительного изучения стрюится расчетная модель или расчетная схема данного явления, в которой по возможности полно учитываются его существенные черты и игнорируются остальные. Общие уравнения движения упрощаются на основе учета характерных особенностей данного явления или задачи, и выбирается подходящий математический метод решения полученных таким путем уравнений. Важную роль при этом играет выбор рациональной системы координат одна и та же задача, неразрешимая в произвольно выбранной системе, может быть решена, если выбрана подходящая специальная система координат. Граничные условия при математической формулировке задачи назначаются в соответствии с данными предварительного качественного изучения явления или логического анализа. Математический аппарат, применяемый в гидромеханике, весьма разнообразен, но в качестве разделов математики, наиболее широко используемых, можно назвать обыкновенные дифференциальные уравнения, уравнения математической физики, функции комплексного переменного, интегральные уравнения, численные методы. [c.26]

Наиболее полное представление о движении летательного аппарата позволяет установить теория динамичес[кой устойчивости, в которой рассматривается роль аэродинамических характеристик аппарата и управляющего воздействия в сохранении исходных параметров движения на траектории (устойчивости движения). В настоящей книге в краткой форме излагаются методы решения соответствующей системы дифференциальных уравнений возмущенного движения, акцентируется внимание на качественном анализе полученных результатов. Приводимые решения являются аналитическими и относятся к заданным областям начальных параметров, определяющих упрощенные модели динамической устойчивости. Такие решения имеют весьма большое значение для инженерной практики. Вместе с тем при необходимости получения массовых результатов для какой-либо определенной динамической модели летательного аппарата, обусловливающей многоварианткссть начальных условий и большой сбъем вы- [c.5]

Тепловые процессы, протекающие в теплоэнергетических установках, в общем случае описываются сложными системами нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных (уравнения энергии, сплощности, движения и др.), а также нелинейными алгебраическими уравнениями. Современный математический аппарат не всегда позволяет решить такие системы аналитически. Применение численных методов дает возможность получить приближенное решение с достаточной для инженерной практики точностью. Для получения такого решения необходимо предварительно провести довольно значительную исследовательскую работу по разработке достаточно полных математических моделей, пригодных для реализации на вычислительных машинах. Эта работа, как правило, предполагает [c.7]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...