第十五章分析动力学基础优秀课件.ppt
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1、第十五章分析动力学基础第1页,本讲稿共31页 引引 言言 动力学普遍方程动力学普遍方程 讨讨 论论 拉格朗日方程拉格朗日方程第第15章章 分析动力学基础分析动力学基础第2页,本讲稿共31页拓宽研究领域拓宽研究领域矢量动力学矢量动力学矢量动力学矢量动力学又称为又称为又称为又称为牛顿欧拉动力学牛顿欧拉动力学牛顿欧拉动力学牛顿欧拉动力学 引引 言言经典动力学发展的两个方面:经典动力学发展的两个方面:寻求新的表达形式寻求新的表达形式将虚位移原理和达朗贝尔原理结合应用于动力学将虚位移原理和达朗贝尔原理结合应用于动力学将虚位移原理和达朗贝尔原理结合应用于动力学将虚位移原理和达朗贝尔原理结合应用于动力学 建
2、立建立建立建立分析力学分析力学分析力学分析力学的新体系。该体系组成之一即的新体系。该体系组成之一即的新体系。该体系组成之一即的新体系。该体系组成之一即拉格朗日力学拉格朗日力学拉格朗日力学拉格朗日力学牛顿运动定律牛顿运动定律牛顿运动定律牛顿运动定律 由单个自由质点由单个自由质点由单个自由质点由单个自由质点 受约束质点和质点系。受约束质点和质点系。受约束质点和质点系。受约束质点和质点系。欧拉将牛顿运动定律欧拉将牛顿运动定律欧拉将牛顿运动定律欧拉将牛顿运动定律 刚体和理想流。刚体和理想流。刚体和理想流。刚体和理想流。第3页,本讲稿共31页 动力学普遍方程动力学普遍方程 动力学普遍方程动力学普遍方程
3、应用举例应用举例 第4页,本讲稿共31页 考察由考察由考察由考察由n n个质点的、具有理想约束的系统。根据达朗贝尔原理,有个质点的、具有理想约束的系统。根据达朗贝尔原理,有个质点的、具有理想约束的系统。根据达朗贝尔原理,有个质点的、具有理想约束的系统。根据达朗贝尔原理,有主动力主动力主动力主动力约束力约束力约束力约束力惯性力惯性力惯性力惯性力 令系统有任意一组虚位移令系统有任意一组虚位移令系统有任意一组虚位移令系统有任意一组虚位移系统的总虚功为系统的总虚功为系统的总虚功为系统的总虚功为 动力学普遍方程动力学普遍方程利用理想约束条件利用理想约束条件利用理想约束条件利用理想约束条件得到得到得到得到
4、 动力学普遍方程(动力学普遍方程(动力学普遍方程(动力学普遍方程(达朗贝尔拉格朗日方程)达朗贝尔拉格朗日方程)达朗贝尔拉格朗日方程)达朗贝尔拉格朗日方程)任意瞬时作用于具有理想、双面约束的系统上的主动力与惯性力在任意瞬时作用于具有理想、双面约束的系统上的主动力与惯性力在任意瞬时作用于具有理想、双面约束的系统上的主动力与惯性力在任意瞬时作用于具有理想、双面约束的系统上的主动力与惯性力在系统的任意虚位移上的元功之和等于零。称系统的任意虚位移上的元功之和等于零。称系统的任意虚位移上的元功之和等于零。称系统的任意虚位移上的元功之和等于零。称 达朗贝尔拉格朗日原达朗贝尔拉格朗日原达朗贝尔拉格朗日原达朗贝
5、尔拉格朗日原理理理理(dAlembert Lagrange principle)(dAlembert Lagrange principle)。第5页,本讲稿共31页动力学普遍方程的动力学普遍方程的动力学普遍方程的动力学普遍方程的直角坐标形式直角坐标形式直角坐标形式直角坐标形式动力学普遍方程动力学普遍方程动力学普遍方程动力学普遍方程 动力学普遍方程动力学普遍方程适用于具有定常(或非定常)约束的系统;适用于具有定常(或非定常)约束的系统;适用于具有定常(或非定常)约束的系统;适用于具有定常(或非定常)约束的系统;适用于具有完整(或非完整)约束的系统;适用于具有完整(或非完整)约束的系统;适用于具有
6、完整(或非完整)约束的系统;适用于具有完整(或非完整)约束的系统;适用于具有有势力(或无势力)的系统。适用于具有有势力(或无势力)的系统。适用于具有有势力(或无势力)的系统。适用于具有有势力(或无势力)的系统。动力学普遍方程:动力学普遍方程:动力学普遍方程:动力学普遍方程:适用于具有理想约束或双面约束的系统;适用于具有理想约束或双面约束的系统;适用于具有理想约束或双面约束的系统;适用于具有理想约束或双面约束的系统;第6页,本讲稿共31页 达朗贝尔拉格朗日方程主要应用于求解达朗贝尔拉格朗日方程主要应用于求解达朗贝尔拉格朗日方程主要应用于求解达朗贝尔拉格朗日方程主要应用于求解动力学第二类问动力学第
7、二类问动力学第二类问动力学第二类问题题题题,即:已知主动力求系统的运动规律。,即:已知主动力求系统的运动规律。,即:已知主动力求系统的运动规律。,即:已知主动力求系统的运动规律。应用达朗贝尔拉格朗日方程求解系统运动规律时,重要应用达朗贝尔拉格朗日方程求解系统运动规律时,重要应用达朗贝尔拉格朗日方程求解系统运动规律时,重要应用达朗贝尔拉格朗日方程求解系统运动规律时,重要的是正确的是正确的是正确的是正确分析运动分析运动分析运动分析运动,并在系统上,并在系统上,并在系统上,并在系统上施加惯性力施加惯性力施加惯性力施加惯性力。应用举例应用举例 由于达朗贝尔拉格朗日方程中不包含约束力,因此,不由于达朗贝
8、尔拉格朗日方程中不包含约束力,因此,不由于达朗贝尔拉格朗日方程中不包含约束力,因此,不由于达朗贝尔拉格朗日方程中不包含约束力,因此,不需要解除约束,也不需要将系统拆开。需要解除约束,也不需要将系统拆开。需要解除约束,也不需要将系统拆开。需要解除约束,也不需要将系统拆开。应用达朗贝尔拉格朗日方程时,需要正确应用达朗贝尔拉格朗日方程时,需要正确应用达朗贝尔拉格朗日方程时,需要正确应用达朗贝尔拉格朗日方程时,需要正确分析分析分析分析主动力主动力主动力主动力和惯性力作用点的和惯性力作用点的和惯性力作用点的和惯性力作用点的虚位移虚位移虚位移虚位移,并正确,并正确,并正确,并正确计算计算计算计算相应的相应
9、的相应的相应的虚功虚功虚功虚功。第7页,本讲稿共31页例例 题题 1 B BA AC Cl ll ll ll l O O1 1x x1 1y y1 1离心调速器离心调速器离心调速器离心调速器已知:已知:已知:已知:m m1 1球球球球A A、B B 的质量;的质量;的质量;的质量;m m2 2重锤重锤重锤重锤C C 的质量;的质量;的质量;的质量;l l杆件的长度;杆件的长度;杆件的长度;杆件的长度;O O1 1 y y1 1轴的旋转角速度。轴的旋转角速度。轴的旋转角速度。轴的旋转角速度。求:求:求:求:的关系。的关系。的关系。的关系。应用举例应用举例 第8页,本讲稿共31页 C Cl ll
10、ll ll l O O1 1x xy yA AB B 解:解:解:解:不考虑摩擦力,这一系统的约束为理想约束;系统具有不考虑摩擦力,这一系统的约束为理想约束;系统具有不考虑摩擦力,这一系统的约束为理想约束;系统具有不考虑摩擦力,这一系统的约束为理想约束;系统具有一个自由度。一个自由度。一个自由度。一个自由度。取广义坐标取广义坐标取广义坐标取广义坐标 q q=1 1、分析运动、确定惯性力、分析运动、确定惯性力、分析运动、确定惯性力、分析运动、确定惯性力 球球球球A A、B B绕绕绕绕 y y轴等速转动;重锤静止不动。轴等速转动;重锤静止不动。轴等速转动;重锤静止不动。轴等速转动;重锤静止不动。球
11、球球球A A、B B的惯性力为的惯性力为的惯性力为的惯性力为F FI IB BF FI IA Am m1 1 g gm m1 1 g gm m2 2 g g2 2、给、给、给、给系统有一系统有一系统有一系统有一虚位移虚位移虚位移虚位移 。A A、B B、C C 三三三三处的虚位移分别为处的虚位移分别为处的虚位移分别为处的虚位移分别为 r rA A、r rB B、r rC C r rB B r rA A r rC C 3 3、应用达朗贝尔拉格朗日方程、应用达朗贝尔拉格朗日方程、应用达朗贝尔拉格朗日方程、应用达朗贝尔拉格朗日方程第9页,本讲稿共31页 C Cl ll ll ll l O O1 1x
12、 xy yA AB Bm m1 1 g gm m1 1 g gm m2 2 g g r rB B r rA A r rC C 根据几何关系,有根据几何关系,有根据几何关系,有根据几何关系,有F FI IB BF FI IA A第10页,本讲稿共31页例例 题题 2x xO Oy yC C2 2D D 质量为质量为质量为质量为m m1 1的三棱柱的三棱柱的三棱柱的三棱柱ABCABC通过滚轮搁置在光滑的水平通过滚轮搁置在光滑的水平通过滚轮搁置在光滑的水平通过滚轮搁置在光滑的水平面上。质量为面上。质量为面上。质量为面上。质量为m m2 2、半径为、半径为、半径为、半径为R R的均质圆轮沿三棱柱的斜面
13、的均质圆轮沿三棱柱的斜面的均质圆轮沿三棱柱的斜面的均质圆轮沿三棱柱的斜面ABAB无滑动地滚下。无滑动地滚下。无滑动地滚下。无滑动地滚下。求:求:求:求:1 1、三棱柱后退的加、三棱柱后退的加、三棱柱后退的加、三棱柱后退的加速度速度速度速度a a1 1;2 2、圆轮质心、圆轮质心、圆轮质心、圆轮质心C C2 2相对于三相对于三相对于三相对于三棱柱加速度棱柱加速度棱柱加速度棱柱加速度a ar r。C C1 1A AC CB B 应用举例应用举例 第11页,本讲稿共31页x xO Oy yC C2 2D DC C1 1A AC CB B 解:解:解:解:1 1、分析运动、分析运动、分析运动、分析运动
14、三棱柱作平动,加速度为三棱柱作平动,加速度为三棱柱作平动,加速度为三棱柱作平动,加速度为 a a1 1。a a1 1 圆轮作平面运动,质心的牵连圆轮作平面运动,质心的牵连圆轮作平面运动,质心的牵连圆轮作平面运动,质心的牵连加速度为加速度为加速度为加速度为a ae e=a a1 1 ;质心的相对加质心的相对加质心的相对加质心的相对加速度为速度为速度为速度为a ar r;圆轮的角加速度为圆轮的角加速度为圆轮的角加速度为圆轮的角加速度为 2 2。a ae ea ar r 2 22 2、施加惯性力、施加惯性力、施加惯性力、施加惯性力m m1 1g gm m2 2 g gF FI1I1F FI 2 eI
15、 2 eF FI 2 rI 2 rMMI2I23 3、确定虚位移、确定虚位移、确定虚位移、确定虚位移x xO Oy yC C2 2D DC C1 1A AC CB B m m1 1g gm m2 2 g gF FI1I1F FI 2 eI 2 eF FI 2 rI 2 rMMI2I2 x x 考察三棱柱和圆盘组成的系统,考察三棱柱和圆盘组成的系统,考察三棱柱和圆盘组成的系统,考察三棱柱和圆盘组成的系统,系统具有两个自由度系统具有两个自由度系统具有两个自由度系统具有两个自由度第12页,本讲稿共31页x xO Oy yC C2 2D DC C1 1A AC CB B m m1 1g gm m2 2
16、 g gF FI1I1F FI 2 eI 2 eF FI 2 rI 2 rMMI2I2 x x 4 4、应用达朗贝尔拉格朗日方程、应用达朗贝尔拉格朗日方程、应用达朗贝尔拉格朗日方程、应用达朗贝尔拉格朗日方程求解联立方程,得:求解联立方程,得:求解联立方程,得:求解联立方程,得:第13页,本讲稿共31页 拉格朗日方程拉格朗日方程 拉格朗日关系式拉格朗日关系式 拉格朗日方程拉格朗日方程 拉格朗日方程的有势力形式拉格朗日方程的有势力形式 拉格朗日方程的应用拉格朗日方程的应用第14页,本讲稿共31页 考察由考察由考察由考察由n n个质点组成的系统,系统具有个质点组成的系统,系统具有个质点组成的系统,系
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