23031

Побудова матричної функції Гріна та інтегральної моделі динаміки систем з розподіленими параметрами в необмеженій просторово-часовій області

Лекция

Экономическая теория и математическое моделирование

Функція Гріна динаміки систем з розподіленими параметрами в необмежених просторовочасових областях.10 а також з того що шукана матрична функція Gss' є розвязком рівняння 1.1 де визначені вище матричні диференціальні оператори та матрична функція одиничного джерела. А це означає що матрична функція відповідає фізичному змісту задачі а розвязок її дійсно представляється співвідношенням 1.

Русский

2013-08-04

249.5 KB

2 чел.

17

        Стоян В.А.

Лекція 2. Побудова матричної функції Гріна та інтегральної моделі динаміки  систем з розподіленими параметрами в необмеженій просторово-часовій області

              

2.1. Функція Гріна динаміки систем з розподіленими параметрами в необмежених просторово-часових областях. Розглянемо методику побудови функції Гріна  системи (1.1) в необмеженій просторово-часовій області . При цьому будемо виходити з представлення вектор-функції стану y(s) у вигляді (1.9), (1.10), а також з того, що шукана матрична функція G(s-s') є розв’язком рівняння (1.1), який відповідає зосередженим просторово-часовим збуренням одиничної інтенсивності, тобто випадку, коли

u(s)=col((s-s'),  i=).

Якщо позначити через

U(s)=(u(l)(s), l=);

Y(s)=(, l=),

де

то матимемо, що

,

а

                           (2.1)

де - визначені вище матричні диференціальні оператори та матрична функція одиничного джерела.

А це означає, що матрична функція відповідає фізичному змісту задачі, а розв’язок її дійсно представляється співвідношенням (1.9).

Для розв’язання (2.1) будемо виходити з того, що 

                                                      (2.2)

а

                                (2.3)

Звідки для всякої аналітичної функції отримуємо

                                   (2.4)

                             

де   .

З врахуванням (2.4) для рівняння (1.10) в необмеженій  просторово-часовій області  маємо

    (2.5)

де

Позначивши через  функцію  спряжену  до , з (2.5) знаходимо

               (2.6)

де  

Поширюючи співвідношення (2.4), (2.5) на систему (1.1) знаходимо, що функція Гріна цієї системи в необмеженій  просторово-часовій області  може бути подана у вигляді

   (2.7)

Запис (2.7) для функції Гріна спрощується , якщо модель (1.1) динаміки системи записується співвідношенням

                                     (2.8)

де   .

Покладаючи на заміну (2.2)

та враховуючи, що

              

функцію Гріна системи (2.8) запишемо у вигляді

                                   (2.9)

2.2. Інтегральна модель динаміки систем з розподіленими параметрами в необмеженій просторово-часовій області. Будемо виходити з того, що

                              (2.10)

З врахуванням (2.10) та співвідношень (2.1), (2.3) робимо висновок, що диференціальну модель (1.1) в необмеженій  просторово-часовій області  можна замінити наступною інтегральною:

,

де - функція Гріна, визначена нами  в (2.7).

2.3. Приклади. Проілюструємо використання запропонованої вище методики побудови функції Гріна та розвязків задач динаміки систем з розподіленими параметрами до побудови розвязків деяких класичних рівнянь.

Приклад 1. Гармонічне рівняння

                                    (2.11)

Виходячи з (2.8) та враховуючи обмеження на  розв’язок рівняння (2.11) знаходимо у вигляді

що повністю узгоджується з розв’язком задачі, отриманим класичними методами.

Приклад 2. Розглянемо задачу знаходження прогину нескінченного по довжині пружного стержня на пружній основі, який завантажений розподіленими навантаженнями . Функція прогину такого стержня задовільняє рівнянню:

                                                   (2.12)

де  (-коефіцієнт постелі основи, - модуль пружності, - момент інерції поперечного перерізу стержня).

Згідно (2.8) отримуємо

                                                  (2.13)

Приклад 3. Розглянемо задачу про коливання струни, зміщення точок якої визначається рівнянням

                                      (2.14)

де  - задана константа.

Згідно (1.7), (2.8)

Звідки

                                                   (2.15)

Неважко перевірити, що розв’язок (2.15) задовільняє рівнянню (2.14) та нульовим початковим умовам.

Розглянем ілюстрацію розвязку (2.15) для деяких найпростіших випадків функції .

Випадок 1. Якщо

                                                                (2.16)

де  -дельта-функція Дірака, то

                 (2.17)

Розвязок (2.17) добре ілюструє процес поширення (зі швидкістю ) зосередженого силового імпульсу (2.16) в обидва боки від точки  його прикладання.

Випадок 2. Якщо

                                          (2.18)

де –задана функція, то

                                                     (2.19)

Аналізуючи (2.19) бачимо, що на динаміку точки  в момент часу   впливають тільки збурення  , координата  прикладання яких задовольняє умові  , що теж добре узгоджується з хвильовим принципом поширення збурення (2.18) розглядуваної струни.

Випадок 3. Якщо для

                      (2.20)

де   - задана функція, то

                                                        (2.21)

Аналіз (2.21) засвідчує, що на динаміку точки  в момент часу  зосереджене збурення (2.20) інтенсивності  впливає тільки за умови, коли хвильовий процес, викликаний ним, дійде до точки  , що добре узгоджується з фізикою розглядуваного процесу.

Приклад 4. Якщо замість струни взяти пружний стержень, то

поперечні коливання його будуть описуватися рівнянням                                                          (2.22)

де    відхилення осьової лінії стержня в точці    для  - задана константа, а  - зовнішня збурююча сила.

Для цього випадку згідно з (1.7), (2.8)

де

                                                  (2.23)

Зауважимо, що побудова розвязку (2.2) справа не проста і в літературі такі розвя’зки знаходимо, як правило, тільки для частинних випадків зовнішніх сил .

Наведені приклади ілюструють ефективність викладеного вище підходу до побудови розвязку диференціальних рівнянь в частинних похідних для необмежених часово-просторових областей.

16

Курс лекцій по моделюванню динаміки систем з розподіленими параметрами


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

26780. Аппроксимация функций 101.5 KB
  Конкретные модели файлов используемые в системе управления файлами мы рассмотрим далее когда перейдем к физическим способам организации баз данных а на этом этапе нам достаточно знать что пользователи видят файл как линейную последовательность записей и могут выполнить над ним ряд стандартных операций: создать файл требуемого типа и размера; открыть ранее созданный файл; прочитать из файла некоторую запись текущую следующую предыдущую первую последнюю; записать в файл на место текущей записи новую добавить новую запись в...
26781. Обобщение простейших формул численного интегрирования 188.5 KB
  Основные особенности протокола TCP. TCP Transfer Control Protocol протокол контроля передачи протокол TCP применяется в тех случаях когда требуется гарантированная доставка сообщений. Первая и последняя версия TCP RFC793 Transmission Control Protocol J. Модуль TCP нарезает большие сообщения файлы на пакеты каждый из которых передается отдельно на приемнике наоборот файлы собираются.
26782. Простейшие формулы численного интегрирования 276.5 KB
  Задача Коши для системы 4.13 может быть сведена к задаче Коши для системы дифференциальных уравнений. Системы можно разделять на классы по различным признакам. Цель любой классификации ограничить выбор подходов к отображению системы и дать рекомендации по выбору методов ее исследования.
26783. Методы отделения корней уравнения 140 KB
  Основной принцип технологии клиент сервер применительно к технологии баз данных заключается в разделении функций стандартного интерактивного приложения на 5 групп имеющих различную природу: функции ввода и отображения данных Presentation Logic; прикладные функции определяющие основные алгоритмы решения задач приложения Business Logic; функции обработки данных внутри приложения Database Logic функции управления информационными ресурсами Database Manager System; служебные функции играющие роль связок между функциями первых...
26784. Одномерные задачи оптимизации 95.5 KB
  Строки отношения называются кортежами. Количество атрибутов в отношении называется степенью или рангом отношения. Поэтому вводится понятие экземпляра отношения которое отражает состояние данного объекта в текущий момент времени и понятие схемы отношения которая определяет структуру отношения. Схемой отношения R называется перечень имен атрибутов данного отношения с указанием домена к которому они относятся: SR = А1 А2 Аn Аi Di Если атрибуты принимают значения из одного и того же домена то они называются Qсравпимыми где Q ...
26785. Численное дифференцирование. Древовидная структура доменных имен 83 KB
  Для организационных систем и ИС удобно в определении системы учитывать цели и планы внешние и внутренние ресурсы исполнителей непосредственно процесс помехи контроль управление и эффект. Интегративное свойство системы обеспечивает ее целостность качественно новое образование по сравнению с составляющими ее частями. Под элементом принято понимать простейшую неделимую часть системы. Любой элемент системы можно рассматривать как самостоятельную систему математическую модель описывающую какойлибо функциональный блок или аспект изучаемой...
26786. Задачи линейного программирования 432.5 KB
  Поэтому центральным понятием в области баз данных является понятие модели. В соответствии с рассмотренной ранее трехуровневой архитектурой мы сталкиваемся с понятием модели данных по отношению к каждому уровню. Физические модели данных основанные на страничной организации являются наиболее перспективными. Классификация моделей данных Наибольший интерес вызывают модели данных используемые на концептуальном уровне.
26787. Аппроксимация функций 112.5 KB
  Особенности данного этапа: Практически все современные СУБД обеспечивают поддержку полной реляционной модели а именно: структурной целостности допустимыми являются только данные представленные в виде отношений реляционной модели; языковой целостности то есть языков манипулирования данными высокого уровня в основном SQL; ссылочной целостности контроля за соблюдением ссылочной целостности в течение всего времени функционирования системы и гарантий невозможности со стороны СУБД нарушить эти ограничения. отделение организации от...
26788. Квадратичная аппроксимация (МНК) 85 KB
  Это значит: Создать механизм обеспечивающий сохранение анонимности точек зрения отдельных лиц и тем самым свести к минимуму влияние красноречивых и обладающих даром убеждать личностей на поведение группы в целом. Все взаимодействия между членами группы находятся под контролем со стороны координатора. Групповая оценка вычисляется им путем некоторого усреднения обычно посредством нахождения среднего значения или медианы и доводится до сведения всех членов группы. Метод Дельфы определяет следующий способ действий: Опросить каждого...