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

59271. Методрозробка практичного заняття з латинської мови 75 KB
  Навчальна мета: навчити студентів правильно читати латинські слова з вмінням вірного пояснення вимови голосних дифтонгів; правильно читати медичні терміни у склад яких входить буква у і.
59272. Люблю рідну матусю 50 KB
  Непорочна як лілея біла Із ДитяткомНемовлятком Пречистая Діва. Друга мати це найкраща на світі країна Земля наша наша славна НенькаУкраїна. Третя мати що ж про неї гарного сказати Це ласкава люба мила рідна моя мати.
59273. Структура (Розробка) проведення уроку у добукварний період. Буква Р 27 KB
  Звуковий та звукобуквенний аналіз слів. Вдосконалювати навички звуко-буквенного аналізу слів творити різні форми слова складати речення з власними назвами моделювати ці речення.
59274. Сценарій урочистої шкільної лінійки 48.5 KB
  Що велике це свято, велике, бо ж глянь скільки народу зібралося. А радісне яке... Що й в двох словах не передаси. Як згадаю ті недоспані ночі, важкенні контрольні, незрозумілі приклади і задачі, каверзні формули і диктанти...
59275. СЦЕНАРІЙ ШКІЛЬНОГО СВЯТА БУКВАРЯ 64 KB
  Є святкових днів багато На листках календаря А між ними й наше свято Вшанування Букваря. Дівчинка: День вітання і прощання Свято перших букварів Перша сходинка зростання Для найменших школярів.
59276. Тарас Шевченко 49 KB
  Діти чому Шевченка називають Кобзарем Колись у сиву давнину ходили по Україні старі люди часто вони були сліпі співали про тяжке життя про героїчні подвиги козаків. Діти багато віршів Тараса Шевченка покладено на музику.
59277. Ілюзії і дійсність (на прикладі жіночих образів у творах Стендаля, О. де Бальзака, Г.Флобера) 78 KB
  Чому кохання Анастазі де Ресто, Емми Боварі, пані де Реналь виявилося трагічним; чи сумісні мрії і дійсність у житті героїнь, чим обумовлені їхні дії та прагнення; як втілюються творчі принципи письменника, які уроки можна здобути, перегорнувши сторінки прочитаних творів.
59278. Розвиток мовлення. Художній опис синички 32.5 KB
  Діти скажіть що любить синичка з їжі Сало. А снігур Ягоди горобини А що ви можете взагалі сказати про синичку які яскраві слова використаєте Синичка невеличка жовтогрудочка трудівниця знищує комах тулиться ближче до житла людей.
59279. Будь уважний на дорозі 111.5 KB
  Рекомендована для проведення під час місячника з безпеки дорожнього руху на сцені, на виховних годинах. Дійові особи: Шибеник, хлопець і дівчина, дідусь з паличкою, Іра (хвора), футболіст.