理论教育 广义坐标动力学方程-Maple理论力学.Ⅱ

广义坐标动力学方程-Maple理论力学.Ⅱ

时间:2023-11-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:利用式,改变求和次序,得又借助两个恒等式即式和式可将上式写成为如果利用系统动能表达式则等式可以写成为将式代入式可得惯性力虚功表达式引入广义惯性力将式和式代入式得广义坐标形式的动力学普遍方程定理对理想双向约束的系统,在给定时刻的所有可能运动中,只有真实运动使主动力对应的广义力和惯性力对应的广义力在广义虚位移上的虚功之和等于零。

广义坐标动力学方程-Maple理论力学.Ⅱ

我们研究由n个质点Pii=1,2,…,n)组成的系统。如果系统是非自由的,则约束是双向理想的。设质点Pi的虚位移为δri,质量为mi加速度978-7-111-42985-2-Part01-198.jpg,而Fi是作用在质点Pi上的主动力的合力,那么动力学普遍方程(17-43)写成为

在某些约束或者全部约束非理想的情况下,把非理想约束力978-7-111-42985-2-Part01-200.jpg当成主动力Fi处理,就可以在形式上与理想约束系统一样来研究。

动力学普遍方程(18-1)是我们推导分析动力学微分方程的基础,实际上,所有的质点系运动方程都是式(18-1)的不同形式,对应于不同性质的主动力和约束。

设系统有r个几何约束和s个不可积的微分约束,并设qjj=1,2,…,m)是系统的广义坐标,其数目m=3n-r,那么质点相对于惯性坐标系原点的矢径ri可以写成q1q2,…,qmt的函数形式,即

ri=riq1q2,…,qmt) (i=1,2,…,n) (18-2)这些函数是二次连续可微的。如果系统是定常的,则可以选择广义坐标q1q2,…,qm使函数ri不显含时间t。由式(18-2)可得

我们将动力学普遍方程(18-1)写成广义坐标的形式,主动力的虚功形式为

式中,Qj是主动力对应于广义坐标qj的广义力,一般是ql978-7-111-42985-2-Part01-203.jpgltl=1,2,…,m)的函数,即

我们再对惯性力在虚位移上所做的功的表达式进行变换。利用式(18-4),改变求和次序,得

又(www.daowen.com)

借助两个恒等式即式(17-24)和式(17-25)可将上式写成为

如果利用系统动能表达式

则等式(b)可以写成为

将式(18-8)代入式(18-7)可得惯性力虚功表达式

引入广义惯性力

将式(18-5)和式(18-9)代入式(18-1)得广义坐标形式的动力学普遍方程

定理(广义坐标形式的达朗贝尔-拉格朗日原理)对理想双向约束的系统,在给定时刻的所有可能运动中,只有真实运动使主动力对应的广义力和惯性力对应的广义力在广义虚位移上的虚功之和等于零。

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