2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему
 
 Определение сил реакций связей. Дискуссия.
Сообщение09.12.2007, 23:52 
Аватара пользователя


24/11/06
29
Германия
Уважаемые Форумчане,

выношу на обсуждение задачу о нахождении сил реакций связей механической системы в случае, когда уравнения связей являются зависимыми. Предлагаемый Вашему вниманию

http://dima.balashov.googlepages.com/co ... roblem.pdf

документ содержит формулировку задачи и краткое описание 2-х возможных подходов ее решения. Я попытался сформулировать задачу, и вообще писать, как можно проще и понятнее, поэтому прочтение не требует каких-либо знаний, отличных от начал стандартного курса механики.

Сформулированная задача, несмотря на общий характер формулировки, производственная, т.к. возникла при написании модуля программы для расчета динамики нашего изделия.

Предлагаю высказывать соображения о предложенных подходах ибо мне крайне не хватает квалифицированной критики и замечаний.

Прошу также высказываться тех, кто уже сталкивался с похожими задачами. Укажите пожалуйста ссылки на книги и статьи по данной теме.

С уважением,
Schwungrad

 Профиль  
                  
 
 Re: Определение сил реакций связей. Дискуссия.
Сообщение16.12.2007, 11:20 
Аватара пользователя


22/05/06

358
Волгоград
Schwungrad писал(а):
// Таким образом, для решения уточненной модели контакта нам потребовалась дополнительная информация о внешней нормальной нагрузке, свойствах поверхностей и ударной жесткости конструкции. Зато нахождение самого решения при этом стало тривиальным. //


Во-первых я очень рад, что на этом форуме появился хоть один человек, который немного соображает в моделирование систем (по крайней мере механических систем), а то в теме //чаттер// http://dxdy.ru/viewtopic.php?t=7999&postdays=0&postorder=asc&start=0, когда я указал на несколько грубейших ошибок в предлагаемой модели автомобиля, оппоненты даже не поняли о чем идет речь, а в теме //Моделирование физики на компьютерах// http://dxdy.ru/viewtopic.php?t=3044&postdays=0&postorder=asc&start=0 оппонент вообще пропал, когда дело дошло до конкретного примера, хотя очень активно выступал с общими рассуждениями. А во-вторых я очень рад, что Вы, создавая модель, пытаетесь вникнуть в суть физических процессов, протекающих в реальном объекте, а не применять как все формальное уравнение Лагранжа 2-го рода для описания этих процессов.

Вместе с тем, хочу Вам заметить, что я не вижу //тривиальности// в Вашем решение и радуюсь только тому, что Вы остановились на линейном программирование, а не двинулись со своими графами в динамическое программирование и интересно было бы посмотреть, как Вы будете со своими графами решать Вашу задачку при знакопеременной скорости движения 3-х кирпичей. Пытаясь найти реакции, решая систему уравнений, Вы уходите от моделирования процессов в аналитическое решение задачи, а у меня похожая задачка решается (моделируется) элементарно в программе Kniga1, т.к. с определением реакций не возникает ни каких математических проблем. Но, если эта задачка с кирпичами для меня просто интересна, то вот моделирование кривошипно-шатунного механизма (КШМ) с использованием Ваших графов меня очень даже интересует в практическом плане и я был бы Вам очень признателен, если бы Вы привели дифференциальные уравнения, описывающие функционирование КШМ, полученные с использованием Ваших графов. Я ведь тоже, моделируя механические системы, учитываю упругость элементов системы, но ни какими заумными графами я не пользуюсь и по этому хотел бы сравнить решение, полученное Вами, с моим. И если у Вас получится реальное решение, то я его включу как еще один вариант в программу Krivoship1, где у меня моделируется КШМ с использованием дифференциальных уравнений полученных разными способами.

Но, кроме основного замечания, т.е. по использованию Вами при моделировании графов, у меня есть еще несколько частных замечаний по Вашей статье. Вы пишите, что в состояние скольжения контактная сила задается законом Кулона или Гука, а в состояние покоя сила не задана явно. Это в корне не правильно, т.к. в состояние скольжения у нас будет только закон Кулона, а в состояние покоя только закон Гука (до максимального значения трения покоя). Внимательно ознакомьтесь с формулировками трения покоя и трения движения. Но, если это замечание просто вытекает из самих формулировок трения покоя и трения движения, то вот с утверждением о том, что при контактировании двух тел сила действия всегда тупо равна силе противодействия все не так просто, т.к. в современных учебниках принцип Даламбера искажен и низводится до уравнения сил, но в моем прочтение он мне видится как уравнение мощностей (хотя в то время, когда он был сформулирован Даламбером, еще не существовало таких понятий как мощность или энергия). И, хотя 99% систем можно описать, используя уравнения сил, всегда надо помнить, что такое преобразование уравнения мощностей в уравнение сил происходит только в том случае, когда у нас в системе строго задано кинематическое согласование скоростей отдельных элементов системы. А, например, при работе клиноременной передачи или при качение колеса автомобиля такое строгое кинематическое согласование скоростей не может быть задано, т.к. наблюдается упругая пробуксовка (не говоря уже о неупругой) и по этому необходимо обязательно использовать только уравнение мощностей. Кроме этого, я не согласен с Вашим утверждением, что при пластическом ударе, т.е. не упругом, сила может быть смоделирована пружиной с //ударной// жесткостью, т.к. в этом случае вообще никакой пружины не может быть в принципе и я этот процесс моделирую совершенно по иному.

P.S. На моей домашней странице http://ser.t-k.ru (зеркало http://modsys.narod.ru ) Вы можете скачать не только программу Krivoship1, где моделируется КШМ или программу Kniga1, где моделируется вытаскивание листа со знакопеременной скоростью из под одного кирпича (книги), но и ознакомится с моей статьей Механика для квантовой механики - часть 1 – Две меры механической формы движения материи, где подробно рассмотрено моделирование как упругого удара, так и не упругого, а также дана подробная формулировка принципа Даламбера в моей трактовке.

С наилучшими пожеланиями Сергей Юдин.

 Профиль  
                  
 
 Re: Определение сил реакций связей. Дискуссия.
Сообщение18.12.2007, 09:06 
Заслуженный участник


14/12/06
881
ser писал(а):
Вы пишите, что в состояние скольжения контактная сила задается законом Кулона или Гука, а в состояние покоя сила не задана явно. Это в корне не правильно, т.к. в состояние скольжения у нас будет только закон Кулона, а в состояние покоя только закон Гука (до максимального значения трения покоя). Внимательно ознакомьтесь с формулировками трения покоя и трения движения.

Под законом Гука что понимается?
Под законом Кулона, думается, понимается закон Кулона-Амонтона (сухого трения), не правда ли?

 Профиль  
                  
 
 Re: Определение сил реакций связей. Дискуссия.
Сообщение18.12.2007, 19:10 
Аватара пользователя


22/05/06

358
Волгоград
zbl писал(а):
Под законом Гука что понимается?
Под законом Кулона, думается, понимается закон Кулона-Амонтона (сухого трения), не правда ли?


Да, закон Кулона, естественно подразумевался для сухого трения, а не для электрических зарядов. Только надо помнить, что в этой формуле используется коэффициент трения движения, который немного меньше коэффициента трения покоя, который используется не совсем в законе Гука, как написал автор этой темы, а в формуле подобной закону Гука, когда сила трения также как и в законе Гука сила упругости пропорциональна деформации и также как и в законе Гука до определенного предела, когда сила трения достигает максимального значения. Этот предел смещения одного соприкасающегося тела относительно другого называется начальным смещением и когда у нас два тела сместятся на величину большую чем этот предел, то у нас будет уже трение движения, т.е. по закону Кулона. Если что не понятно посмотрите мою программу Kniga2. Там есть и график изменения этих сил и описание этого графика. А на худой конец, можно взять хотя бы одежную щетку, положить ее на стол ворсом вниз и смещать в горизонтальном направление (желательно немного прижать).

С наилучшими пожеланиями Сергей Юдин.

 Профиль  
                  
 
 Re: Определение сил реакций связей. Дискуссия.
Сообщение19.12.2007, 12:42 
Заслуженный участник


14/12/06
881
ser писал(а):
как и в законе Гука до определенного предела, когда сила трения достигает максимального значения. Этот предел смещения одного соприкасающегося тела относительно другого называется начальным смещением и когда у нас два тела сместятся на величину большую чем этот предел, то у нас будет уже трение движения, т.е. по закону Кулона.

Но закон Гука справедлив только для малых (очень малых) деформаций.
Переход от трения покоя к трению скольжения подобен разрыву верёвки.
Как бы мало не была растяжима та верёвка, разве закон Гука будет для неё справедлив вплодь до момента её разрыва?

 Профиль  
                  
 
 Re: Определение сил реакций связей. Дискуссия.
Сообщение19.12.2007, 14:06 
Аватара пользователя


22/05/06

358
Волгоград
zbl писал(а):
Но закон Гука справедлив только для малых (очень малых) деформаций.
Переход от трения покоя к трению скольжения подобен разрыву верёвки.
Как бы мало не была растяжима та верёвка, разве закон Гука будет для неё справедлив вплодь до момента её разрыва?


Естественно нет и до того как у нас веревка или металл разрушаться у нас сначала будут упругие деформации, а потом пластические и переходы эти будут плавные. Примерно такие же переходы будут и при сухом трение и по этому я и согласился с трактовкой процессов сухого трения данной Schwungrad в его статье, когда отвечал ему (чтобы ему было понятнее о чем я говорю). А в своих работах я никогда не прибегаю к аналогии законов сухого трения закону Гука, по этому Вы не только не очень упирайтесь в эту аналогию, но и в дальнейшем старайтесь ею не пользоваться, т.к. процессы сухого трения прекрасно объясняются и без этой аналогии.

С наилучшими пожеланиями Сергей Юдин.

 Профиль  
                  
 
 Re: Определение сил реакций связей. Дискуссия.
Сообщение19.12.2007, 15:04 
Заслуженный участник


14/12/06
881
ser писал(а):
Примерно такие же переходы будут и при сухом трение и по этому я и согласился с трактовкой процессов сухого трения данной Schwungrad в его статье,

Я о трении покоя.
Вы обмолвились так:
ser писал(а):
в состояние скольжения у нас будет только закон Кулона, а в состояние покоя только закон Гука (до максимального значения трения покоя).

Вот мне и показалось, что закон Гука перестанет быть применимым задолго до того, как трение покое достигнет своего максимального значения.
На практике же, как мне кажется, наибольший интерес представляет как раз окрестность точки перехода от трения покоя к трению скольжения.
Именно от значения максимально возможной силы терения покоя многое зависит.

 Профиль  
                  
 
 Re: Определение сил реакций связей. Дискуссия.
Сообщение19.12.2007, 18:46 
Аватара пользователя


22/05/06

358
Волгоград
zbl писал(а):
Вот мне и показалось, что закон Гука перестанет быть применимым задолго до того, как трение покое достигнет своего максимального значения.
На практике же, как мне кажется, наибольший интерес представляет как раз окрестность точки перехода от трения покоя к трению скольжения.
Именно от значения максимально возможной силы терения покоя многое зависит.


Да нет тут никакого закона Гука, хотя некоторая аналогия и есть. Причем сохранится эта аналогия практически до самого максимального значения трения покоя. И аппроксимация силы трения от смещения линейной зависимостью не принесет никакой ошибки в расчет максимально возможной силы трения покоя. Только надо будет в формуле задать несколько меньшее значение предварительного смещения ( кроме случая знакопеременного движения, когда максимальное смещение будет близко к предварительному и тогда погрешность может быть существенной).

С наилучшими пожеланиями Сергей Юдин.

 Профиль  
                  
 
 Re: Определение сил реакций связей. Дискуссия.
Сообщение20.12.2007, 09:58 
Заслуженный участник


14/12/06
881
ser писал(а):
Да нет тут никакого закона Гука, хотя некоторая аналогия и есть.

А как максимальная сила трения покоя зависит от нормального давления?

 Профиль  
                  
 
 Re: Определение сил реакций связей. Дискуссия.
Сообщение20.12.2007, 17:30 
Аватара пользователя


22/05/06

358
Волгоград
zbl писал(а):
А как максимальная сила трения покоя зависит от нормального давления?


Вообще то для разных случаев по разному, но можно записать и общую зависимость F=F0+Kp*N*S/S0, где F0 так называемая сила сцепления. Например, на глинистых грунтах при их сдвиге она значительна, а на песчаных практически отсутствует. Точно также две идеально отполированные пластинки при сдвиге имеют значительную силу F0, а у шероховатых она практически отсутствует и в типичных примерах трения двух поверхностей о ней даже не упоминают. Правда обычно в учебниках ничего не пишут и о трение покоя, т.к. авторам просто нечего написать по этому вопросу. Я тоже не буду фантазировать по поводу природы этих сил, а только скажу, как эту силу можно учесть практически, хотя в своей диссертации я уделил этому вопросу достаточное место. Так вот, сила трения покоя будет прямопропорциональна коэффициенту трения покоя Kp нормальной нагрузке N и смещению двух трущихся поверхностей S до определенного предела, т.е. до величины так называемого предварительного смещения S0, после которого начнется трение движения при котором сила трения будет определяться по формуле F=Kd*N, где Kd коэффициент трения движения. Но, если, после того, как тело двигалось в одном направление, оно начнет двигаться в другом направление, то здесь будет сложный переход, так называемая петля гистерезиса. К сожалению, вопрос этот очень сложный и в рамках форума его рассматривать нет смысла. Правда в упрощенном варианте Вы можете посмотреть и этот процесс в моей программе Kniga2.

С наилучшими пожеланиями Сергей Юдин.

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение20.12.2007, 18:49 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


11/04/07
1352
Москва
Schwungrad,

Вы достаточно подробно и правильно описали механизм начала скольжения. Вместе с тем после скольжения наступают процессы повторного возвращения к трению покоя. Этот процесс известен скажем при резком торможении, когда упругая шина в продольном направлении то прилипает, то проскальзывает по типу движения подпружиненного груза на бесконечной ленте. Как Вы собираетесь это описать?

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение20.12.2007, 23:22 
Аватара пользователя


22/05/06

358
Волгоград
Zai писал(а):
Schwungrad, Как Вы собираетесь это описать?


Я не знаю, как это будет описывать Schwungrad, а вот, например, я никак, по тому что я это все уже давным-давно описал в своей диссертации и с учетом упругой пробуксовки и с учетом неупругой пробуксовки и при движение по сминаемому основанию и при движение по несминаемому основанию. Более того, я не только все это описал, но и воспроизвел на этой модели различные режимы движения транспортного средства (правда, без учета курсовой устойчивости, т.е. только при движение в продольной плоскости). Сразу скажу, что модель получилась очень сложной и особо много хлопот мне доставило даже приблизительное описание петли гистерезиса при обратной деформации шины и окружного сжатия в пятне контакта, но результаты получились вполне правдоподобные, а несколько выявленных при этом эффектов даже не были освящены в литературе.

С наилучшими пожеланиями Сергей Юдин.

 Профиль  
                  
 
 Re: Определение сил реакций связей. Дискуссия.
Сообщение01.04.2008, 19:07 
Аватара пользователя


24/11/06
29
Германия
Уважаемые Участники дискуссии,

хочу поблагодарить Вас за отклики по теме "Определение сил реакций связей". Проанализировав, Ваши замечания, я полностью переписал текст и существенно расширил содержание. Новый вариант доступен по старому адресу:

http://dima.balashov.googlepages.com/co ... roblem.pdf

Замечу, что в первоначальном варианте была пара ошибок, которые я исправил. Кроме того, мне справедливо указал Ser:

ser писал(а):
Вы пишите, что в состояние скольжения контактная сила задается законом Кулона или Гука, а в состояние покоя сила не задана явно. Это в корне не правильно, т.к. в состояние скольжения у нас будет только закон Кулона, а в состояние покоя только закон Гука


на то, что формулировки были двусмысленные и изложение местами скомкано. Теперь, как говориться, все разложено по полочкам и изложено достаточно строго. Вопрос про упругость при скольжении в тексте, так сказать, разжеван. Дело в том, что 2 явления unilateral contact и sticking/sliding friction обьединены вместе, т.к. они описываются одним и тем же математичским формализмом.

Zai писал(а):
Вместе с тем после скольжения наступают процессы повторного возвращения к трению покоя. Этот процесс известен скажем при резком торможении, когда упругая шина в продольном направлении то прилипает, то проскальзывает по типу движения подпружиненного груза на бесконечной ленте. Как Вы собираетесь это описать?


Я сознательно избежал описания алгоритма переключений. Это ДРУГАЯ задача. Замечу лишь, что в рассматриваемом одномерном случае (1-D модель со многими степенями свободы) этот алгоритм элементарен. Запирание (переход к покою) - zero crossing + неравенство, переход с скольжению - другое неравенство.

Даже не совсем другая задача. Если выражаться точно - другая часть алгоритма интегрирования в численной задаче динамики. И существенно тут вот что. Имеется интегратор, например Рунге-Кутта, имеются правые части уравнений, которые нужно вычислять на каждом промежуточном шаге интергатора, т.е. когда несколько раз вычисляется правая часть, а именно, - равнодействующие сил без расчета парциальных вкладов отдельных контактных элементов. После этого происходит осреднение. "Внутри" одного шага интегратора (до осреднения) правые части считаются регулярными и никаких переключений состояний не производится. Кроме того, для вычисления правой части уравнений движения задачу о нахождении реакций связей решать не нужно, т.к. они элементарно находятся если заменить граф "колец трения" на разомкнутую цепочку кинематических связей. После осреднения нужно решить какие элементы перключают свои состояния. Вот на этом этапе необходимо рассмотреть задачу о нахождении реакций связей. Если реакции найдены, то переключения осужествляются, как я уже сказал, элементарной проверкой пары неравенств. Проверили - переключили состояния, сделали проекцию. Все, можно начинать следующий шаг интегрирования.

ser писал(а):
я указал на несколько грубейших ошибок в предлагаемой модели автомобиля...


К сожалению, я не могу обсуждать конкретные модели автомобилей и конструкций... Хотя это все написано, чтобы разобраться именно в моделях реальных железок.

ser писал(а):
Кроме этого, я не согласен с Вашим утверждением, что при пластическом ударе, т.е. не упругом, сила может быть смоделирована пружиной с //ударной// жесткостью, т.к. в этом случае вообще никакой пружины не может быть в принципе и я этот процесс моделирую совершенно по иному.


Как? Буду Вам благодарен, если дадите ссылку, где это можно прочитать на уровне мат. модели. Кстати, на Вашей странице http://ser.t-k.ru/index.html , я не нашел описание механической модели КШМ. Строго говоря, не совсем понятно о чем и какой степени подпробности модели идет речь.

 Профиль  
                  
 
 Re: Определение сил реакций связей. Дискуссия.
Сообщение02.04.2008, 01:15 
Аватара пользователя


22/05/06

358
Волгоград
Schwungrad писал(а):
ser писал(а):
Кроме этого, я не согласен с Вашим утверждением, что при пластическом ударе, т.е. не упругом, сила может быть смоделирована пружиной с //ударной// жесткостью, т.к. в этом случае вообще никакой пружины не может быть в принципе и я этот процесс моделирую совершенно по иному.


Как? Буду Вам благодарен, если дадите ссылку, где это можно прочитать на уровне мат. модели. Кстати, на Вашей странице http://ser.t-k.ru/index.html , я не нашел описание механической модели КШМ. Строго говоря, не совсем понятно о чем и какой степени подпробности модели идет речь.


Я же Вам указал еще в первом сообщение, что это можно прочитать в первой части моего цикла статьей Механика для квантовой механики, а называется эта часть – Две меры механической формы движения материи (смотрите раздел статьи). Там у меня подробно рассмотрено моделирование как абсолютно упругого удара, так и абсолютно не упругого. Причем, даже дано аналитическое решение (насколько я в курсе впервые) для этих двух случаев удара. А проверить все результаты, полученные по моим формулам, Вы можете на математической модели удара двух тел, которая оформлена в виде программы Udar, которую Вы можете скачать (смотрите в разделе Программы). А в описание программы (в самой программе) тоже должны быть формулы.

А вот про КШМ я сейчас уже и не помню, где лучше посмотреть. Вообще то подробно модель КШМ описана у меня в книге, но ее надо покупать, а в свободном доступе я много писал про КШМ в теме //Моделирование физики на компьютерах// http://dxdy.ru/viewtopic.php?t=3044&postdays=0&postorder=asc&start=0 . Кстати, там должны быть не только формулы, полученные с использованием Лагранжиана, но и формулы, которыми пользуюсь я, получая их из модифицированного мною принципа Даламбера. А саму модель в виде программы Krivoship1 Вы можете тоже скачать с моей домашней страницы (тоже в разделе программы). Кстати, там в описание (в самой программе) тоже должны быть какие то формулы. Извините, но сейчас я вплотную занят темой смещения перигелия Меркурия, где я работаю с моделью Солнечной системы (если интересно можете посмотреть, например, здесь http://www.astronomy.ru/forum/index.php/topic,31389.220.html ) и по этому ознакомиться с Вашей новой редакцией статьи пока не могу.

С наилучшими пожеланиями Сергей Юдин.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 14 ] 

Модераторы: photon, profrotter, Парджеттер, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group