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

28084. Информационное обеспечение охраны ос и пп 6.8 KB
  Информационное обеспечение охраны окружающей среды это сбор переработка хранение и обязательно подготовка к использованию информации которая необходима для оценки состоянии собственно окружающей среды экологической деятельности и принятия различного рода решений в этой области. Информационное обеспечение охраны окружающей среды включает в себя: необходимую информацию как объект обеспечения; процессы работы с информацией завершающиеся ее подготовкой к использованию; распределение или предоставление информации...
28085. Классификация источников экологического права 10.52 KB
  По юридической силе все источники подразделяются на законы и подзаконные акты. Законы как источники экологического права представляют собой нормативные акты принимаемые представительным и законодательным органом РФ Федеральным Собранием состоящим из двух палат Совета Федерации и Государственной Думы. Подзаконные нормативные акты как источники экологического права представляют собой документы правового характера принимаемые Правительством РФ правительствами республик РФ органами исполнительной...
28086. Конституционные основы охраны окружающей среды 4.7 KB
  Законы и иные НПА не должны противоречить конституции РФ. Наиболее важные положения по вопросам использования и охраны окружающей природной среды предусмотрены в нормах Конституции РФ. Провозглашение осуществление и защита предусмотренных в Конституции экологических прав физических и юридических лиц по поводу окружающей среды является одним из направлений развития конституционного права России. Нормы Конституции РФ можно разбить на две группы: первая непосредственно посвященная...
28087. Международное экологическое право 3.31 KB
  Международное экологическое право МЭП или международное право окружающей среды составная часть отрасль системы международного права представляющая собой совокупность норм и принципов международного права регулирующих деятельность его субъектов по предотвращению и устранению ущерба окружающей среде из различных источников а также по рациональному использованию природных ресурсов. Объектом МЭП являются отношения субъектов международного права по поводу защиты и разумной эксплуатации окружающей среды на благо нынешнего и будущих...
28088. Общественные экологические организации и их роль в обеспечении экологической безопасности 2.77 KB
  Важно чтобы научнотехнический потенциал общественных объединений нашел достойное применение и поддержку в решении многих проблем по оздоровлению окружающей среды улучшению здоровья населения рациональному использованию природных ресурсов. Общественные и иные некоммерческие объединения осуществляющие деятельность в области охраны окружающей среды имеют право: разрабатывать пропагандировать и реализовывать в установленном порядке программы в области охраны окружающей среды защищать права и законные интересы граждан в области охраны...
28089. Органы муниципального управления в области ПП и охраны ОС. Их функции. На примере Омской области 9.19 KB
  10 Федерального закона Об охране окружающей среды управление в области охраны окружающей среды осуществляется органами местного самоуправления в соответствии с настоящим Федеральным законом другими федеральными законами и иными нормативными правовыми актами Российской Федерации законами и иными нормативными правовыми актами субъектов Российской Федерации уставами муниципальных образований и нормативными правовыми актами органов местного самоуправления. 132 Конституции РФ органы местного самоуправления самостоятельно управляют муниципальной...
28090. Сформулюйте вимоги для приведеної в завданні функції інформаційної системи 132.55 KB
  Запустити сервер Відключити сервер під ними розташовуються інтерфейсні елементи для управління параметрами компоненту на формі серверу. Провести тестування роботи серверу під управлінням контролера. Умова завдання: Компонент на формі серверу Функції контролера автоматизації управління компонентом на формі серверу TListBox При натисненні: 1ї кнопки в список TListBox на сервері додається рядок з поля редагування TEdit; 2ї кнопки із списку видаляється поточний рядок; 3ї кнопки список очищуеться.
28091. Виконайте декомпозицію інформаційної системи по її опису 148.64 KB
  У телефонній компанії ведеться оперативний облік міжміських розмов з реквізитів: номер телефону прізвище імя побатькові абонента ідентифікаційний код стать дата народження вік адреса час початку та закінчення розмови її тривалість населений пункт та номер телефону з яким велась розмова тариф в залежності від пункту усередині чи поза однієї області і періоду доби день чи ніч вартість розмови відомості про сплату послуг з зазначенням дат та сум. Розробити БД та підготувати звіт про стан оплати розмов за вибраний квартал за...
28092. Сформулюйте вимоги для наведеної в завданні функції інформаційної системи 148.33 KB
  Функція «Обробка звітів». Податкова інспекція приймає звіти по прибутковому податку щомісяця. Звіти від підприємств приходять в електронному виді. Для безпеки використовується шифрування за допомогою відкритого ключа. Підприємство шифрує звіт відкритим ключем податкової, податкова шифрує звіт відкритим ключем підприємства