สมการเชิงอนุพันธ์ของสะพานโหลด (ประยุกต์)


10

ฉันมีปัญหาในการคำนวณสมการเชิงอนุพันธ์ของโหลดบริดจ์แบบง่าย

ระบบจะสร้างตามที่แสดงในภาพด้านล่าง (เพียงแค่ภาพร่าง):

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

ถ้าฉันใช้วิธีของนิวตันฉันจะได้สมการต่อไปนี้โดยการละเลยความเสียดทานความต้านทานอากาศและการเปลี่ยนแปลงความยาวของเชือก:

mkx¨k=FA+FSsin⁡(φ)mGx¨G=−FSsin⁡(φ)mGz¨G=mGg−FScos⁡(φ)

เมื่อฉันดูความสัมพันธ์จลศาสตร์จากกริปเปอร์ (วงกลมที่มีน้ำหนัก ) ฉันจะได้สมการต่อไปนี้mG

xG=xk+lsin⁡(φ)zG=lcos⁡(φ)φ=ωt=φ˙t

ฉันรู้น้ำหนักและและความยาวแต่ค่าไม่สำคัญในตอนนี้mkmGl

เป้าหมายคือการมีสมการอนุพันธ์สองตอนท้าย สมการหนึ่งจะแสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงขับและเส้นทางของรถเข็น (กับ derivations) สมการอื่น ๆ ที่จะแสดงให้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างแรงขับและมุมของเชือก\FAxkFAφG

หลังจากนั้นฉันต้องการให้ฟังก์ชั่นการถ่ายโอน (การแปลง Laplace ฯลฯ ) แต่นั่นไม่ใช่ปัญหา

ปัญหาคือฉันไม่สามารถหาสมการเหล่านั้นได้ แนวทางที่ดีที่สุดของฉันมีลักษณะเช่นนี้:

mkx¨k=FA+FSsin⁡(φ)

ดังนั้นหมายความว่าถ้า

mGx¨G=−FSsin⁡(φ)FSsin⁡(φ)=−mGx¨G

ฉันสามารถพูด:

mkx¨k=FA−mGx¨G

และถ้าฉันได้รับเช่นนี้:xG

xG=xk+lsin⁡(φ)x˙G=x˙k+lφ˙cos⁡(φ)x¨G=x¨k+l[φ¨cos⁡(φ)−φ˙2sin⁡(φ)]

ที่จริงฉันติดอยู่ที่นี่เพราะฉันไม่สามารถหาวิธีกำจัดจากสมการได้ ทฤษฎีบทเพิ่มเติมนั้นไม่ได้ช่วยฉันเลย (หรือฉันใช้มันอย่างถูกต้อง)φ

ใครบ้างมีความคิดว่าฉันควรดำเนินการต่อที่จุดนี้ ฉันหวังว่าฉันไม่ต้องการโซลูชันที่สมบูรณ์ จริงๆแล้วฉันสนใจที่จะทำสิ่งนี้ด้วยตัวเองและหวังว่าจะได้รับการผลักดันไปในทิศทางที่ถูกต้อง

คำตอบ:


5

ฉันเดาว่าคุณอาจต้องการสมการเชิงอนุพันธ์สำหรับการเคลื่อนที่เชิงมุมซึ่งจะเกี่ยวข้องกับความเฉื่อยเช่น:

mGl2φ¨=mGglsin⁡(φ)

ซึ่งให้:

φ¨=glsin⁡(φ)

จากนั้นคุณสามารถใช้การประมาณมุมเล็ก ๆ :

sin⁡(φ)≃φ

ลองดูตัวอย่างลูกตุ้มแบบกลับด้าน


โดยเฉพาะลูกตุ้มแบบกลับด้านมีประโยชน์มาก ... ขอบคุณสำหรับสิ่งนั้น - ฉันไม่ได้คิดถึงเรื่องนั้นเลย
— tlp

6

จลนศาสตร์และการเปลี่ยนแปลง

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

เหล่านี้เป็นขั้นตอนในการแก้ปัญหาในลักษณะนี้

  1. วิเคราะห์จลศาสตร์ของระบบ

or→OP = +or→ORor→RP

or→OP = +or→ORR(φ)Br→RP

or→OP = +(xkî+0j+0k)(sin⁡(φ)lî+0j+cos⁡(φ)lk)

or→OP =[(xk+sin⁡(φ)l)î+0j+(cos⁡(φ)l)k]

หมายเหตุ:เป็นเมทริกซ์หมุนและลิตรR(φ)xG=xk+sin⁡(φ)l

รับเวลาอนุพันธ์:

xG˙ =xk˙+cos⁡(φ)φ˙l

xG¨ =xk¨+lcos⁡(φ)φ¨−lsin⁡(φ)φ˙2

  1. ใช้สมการของนิวตัน:

mkxk¨=FA−mGxG¨

แทน :xG

mkxk¨=FA−mG(xk¨+lcos⁡(φ)φ¨−lsin⁡(φ)φ˙2)

(mk+mG)xk¨+mG(lcos⁡(φ)φ¨)−mG(lsin⁡(φ)φ˙2)=FA

สำหรับแกน z:

FZ =mGg−l(cos⁡(φ)φ˙2+sin⁡(φ)φ¨)

  1. ใช้กฎข้อที่สองของนิวตันในการหมุน:

Iφ¨ =FZlsin⁡(φ)−(mGxG¨)lcos⁡(φ)

FZlsin⁡(φ)=mGglsin⁡(φ)−l2(cos⁡(φ)sin⁡(φ)φ˙2+sin⁡(φ)2φ¨)

(mGxG¨)lcos⁡(φ)=mG(l2cos⁡(φ)2φ¨)−mG(l2cos⁡(φ)sin⁡(φ)φ˙2)+mGxK¨lcos⁡(φ)

ใช้อัตลักษณ์ตรีโกณมิติ:

(I+mGl2)φ¨ =mGglsin⁡(φ)−mklcos⁡(φ)xk¨

  1. ทำ! ตอนนี้คุณสามารถพักผ่อนได้ ... ⌣¨
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.