复摆运动分析研究

1、精选文档姓名：桂馨 班级：机械0803 学号：200804000306 成果： 复摆运动分析争辩一、试验目的1、进一步把握动力学基本理论，把握复摆运动得规律；2、把握利用理论力学理论学问解决简单力学问题的力量；3、提高利用计算机进行帮助分析的力量二、试验内容工程中对于几何外形简单的物体，常用试验得方法测定其转动惯量。欲求其对轴O的转动惯量，可将物体在轴O悬挂起来，并使其作微幅摇摆，利用其摇摆周期得等时性计算出转动惯量。当摇摆角度增大时，复摆是否还具有等时性呢？本试验对复摆得运动规律进行具体分析争辩：建立复摆得运动微分方程，利用Manlab对复摆进行仿真计算，争辩复摆的摆角对运动周期得影响。三、

2、试验原理1、动量矩定理或刚体定轴转动微分方程2、运动微分方程得Matlab数值求解 在生产和科研中，所建立的微分方程往往很简单，且大多得不出解析解。而在实际中一般是要求得到解在若干点上满足规定精确度的近似值。对于常微分方程 其数值解是指由初始点t0开头的若干离散的t值处，即对t0<t1<t2<<tn,求出精确值y(to),y(t1),y(t2)y(tn)的近似值y0,y1,y2yn。因此争辩常微分方程的数值解法是格外必要的。在求常微分方程数值解方面，Matlab具有丰富的函数，将其统称为solver，其一般格式为： T,Y=solver(odefun,tspan,)上面

3、的调用格式中，各参数的具体含义如下：参数“odefun”表示ODE函数的名称；参数“tspan”，当tspan便是二元向量to, tn时，tspan是用来定义求解数值解的时间区间的；当tspan表示多元向量to, t1, t2tn时，命令将会在tspan定义的时间序列进行数值求解，此时tspan的元素必需依据单调次序排列；参数y0表示为微分方程的初始数值；参数T是所求得的自变量数据列向量；参数Y表示所求微分方程的因变量数据矩阵。Solver为命令ode45,ode23,ode113,ode15s,ode23s,ode23t,ode23tb之一。其中ode45,ode23,ode113用于求解非

4、刚性微分方程，ode15s,ode23s,ode23t,ode23tb用于求解刚性微分方程。ode45是大部分场合的首选算法。Matlab中常微分方程的数值求解命令直接求解的是一阶常微分方程。而动力学微分方程一般是两阶的。利用数值方法求解动力学微分方程需要首先对其进行降阶增维处理。四、试验过程1、力学模型建立、描述所争辩复摆如下图所示：2、数学模型建立依据上图列出复摆的运动微分方程，其中复摆质量为m，质心为C，质心到悬挂点O的距离为a；作如下代换：于是上面复摆的运动微分方程改写为一阶方程组的形式如下：3、数学模型求解仿真依据上面一阶方程组，用MATLAB编写出程序代码（见附录），利用所编写好的

5、matlab程序进行仿真试验，绘制振动波形。五、试验结果分析争辩运行绘制出得波形图如下：theta=/20其他条件不变，令theta=/15，所绘制得图如下图所示：theta=/15其他条件不变，令theta=/10，所绘制得图如下图所示：theta=/10试验结果表明:当摆角很小时，小球得位移呈周期性变化，当摆角增大时则不呈周期性变化，位移渐渐减小，上图看得并不明显。附录：程序代码M函数：function ydot=fthbai(t,y)global m g a Jydot=y(2)-m*g*a*sin(y(1)/J;主程序：global J m a gtmax=1;step=0.01;J=2;g=9.8;m=100;a=3;theta=pi/20;t,y=ode45('fthbai'