
- •Учебное пособие
- •Предисловие
- •Список основных обозначений
- •Выдающиеся ученые, создатели основ механики
- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
- •1.1. Матрицы и векторы
- •1.2. Конкатенация матриц и линейных функций
- •1.3. Перепроецирование векторов и тензоров второго ранга
- •1.4. Решение системы алгебраических линейных уравнений MATLAB
- •2. ДИНАМИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ
- •2.1. Инерциальные системы отсчета
- •2.2. Поступательные (невращающиеся) система отсчета
- •2.4. Пример
- •2.5. Второй закон динамики в кинетостатической форме Даламбера
- •2.6. Закон динамики относительного движения
- •2.7. Уравнения относительного движения в форме Даламбера
- •2.8. Основной закон динамики относительного движения
- •2.9. Случай поступательного движения системы отсчета
- •2.10. Случай поступательной системы отсчета с началом на поверхности Земли
- •2.11. Прямолинейное движение материальной точки во вращающейся системе отсчета
- •3. ДИНАМИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА
- •3.1. Геометрия масс твердого тела
- •3.2. Статические моменты массы и координаты центра масс тела
- •3.3. Осевые моменты инерции и радиусы инерции тела
- •3.4. Осевые моменты инерции площади поперечного сечения тела
- •3.5. Центробежные моменты инерции твердого тела
- •3.6. Перепроецирование вектора с применением матрицы поворота
- •3.7. Тензор инерции в точке твердого тела
- •3.8. Угловая скорость сферического движения тела
- •3.9. Кинетический момент сферического движения тела
- •3.10. Динамические уравнения Эйлера
- •3.11. Элементарная теория гироскопа
- •3.12. Динамика произвольного движения твердого тела
- •4.1. Сведения из статики
- •4.2. Момент силы и пары сил, расположенных в плоскости
- •4.3 Бивектор плоской системы сил
- •4.4. Уравнения равновесия плоской системы сил
- •4.5 Бивектор и M-функции пространственной системы сил
- •4.6. Матричное уравнение равновесия пространственной системы сил
- •4.7. Бивекторы реакций опор
- •4.8. Пример конкатенации матриц в матричном уравнении равновесия
- •4.9. Кинетостатическое матричное уравнение произвольного движения тела
- •5. ДИНАМИКА ГОЛОНОМНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
- •5.1. Фазовый вектор системы (вектор состояния системы)
- •5.2. Кинетическая энергия твердого тела и голономной стационарной одностепенной системы
- •5.3. Мощность силы
- •5.4. Работа и потенциальная энергия
- •5.5. Обобщенная сила одностепенной голономной стационарной системы
- •5.6. Обобщенная сила нестационарной одностепенной системы
- •5.7. Работа обобщенной силы одностепенной стационарной системы
- •5.8. Идеальные связи и реакции связей
- •5.9. Уравнение Лагранжа для одностепенной стационарной голономной системы
- •5.10. Уравнение Лагранжа для голономной нестационарной одностепенной системы
- •6. ОБЩИЕ ТЕОРЕМЫ ДИНАМИКИ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
- •6.1. Уравнения Лагранжа для голономной стационарной системы
- •6.2.Уравнения равновесия стационарной системы в обобщенных координатах
- •6.3. Матричная форма уравнений Лагранжа
- •6.4. Матричное уравнение Гамильтона
- •6.5. Теорема о движении центра масс механической системы
- •6.6. Теорема об изменении количества движения механической системы
- •6.7. Теорема импульсов
- •6.8. Теорема об изменении кинетической энергии
- •6.9. Теорема об изменении кинетического момента механической системы
- •Приложение
- •Равновесие плоской системы сил
- •Равновесие пространственной системы сил
- •Динамика относительного движения материальной точки
- •Литература
r4=r1C41 |
при C41 |
= C21 C32 C43 |
(1.28) |
r1=r4C14 |
при C14 |
= C΄43 C΄32 C΄21 |
|
Матрицу C14 можно также получить из C41 путем формального изменения знаков: ϕ →−ϕ, ψ →−ψ, θ →−θ , ввиду изменения направления отсче-
та углов.
Перепроецирование тензоров
Наряду с векторами (являющимися тензорами первого ранга), в механике встречаются также тензоры второго ранга – физические величины, которые определяются шестью скалярами в исходной системе, заполняющими симмметрическую 3x3-матрицу и определенной формулой перепроецирования на повернутые системы. К тензорам второго ранга относятся тензор инерции в точке абсолютно твердого тела, тензоры деформаций и напряжений в точке твердого деформированного тела.
Пусть в “нулевой” системе Oxyz задан тензор второго ранга симметрической (3x3) матрицей J. Тензор в повернутой системе Ox1y1z1 определяются симметрической матрицей J1, элементы которой вычисляются через исходные элементы по матричной формуле:
J1= C΄10 J C10 = C01 J C10 (1.29)
где C10 - матрица поворота первой системы Ox1 y1z1 от исходной системы Oxyz . Очевидно, что элементы матрицы (1.29) содержат вторые степени и
произведения направляющих косинусов.
Формула обратного перепроектирования из первой системы в исходную (нулевую):
J = C΄01 J1 C01 |
(1.30) |
Выражение (1.29) отличается по форме от выражения для вектора (1.26) дополнительным множителем – транспонированной матрицей поворота новой системы от исходной системы отсчета.
За геометрический образ тензора инерции второго ранга обычно принимают трехосный эллипсоид с центром в точке O, осями Ox,Oy,Oz занимающими в теле определенное угловое положение.
1.4. Решение системы алгебраических линейных уравнений MATLAB
Рассмотрим систему линейных неоднородных алгебраических уравне-
ний, представленных в виде матричного уравнения |
(1.31) |
* |
|
V A + B = zeros(1, n), |
|
Здесь А — заданная неособая (т.е. det(A) ≠ 0 ) квадратная (n×n)-матрица, V и
B— вектор-строки размера (1×n), B - заданная вектор-строка. Здесь все члены уравнения перенесены в левую часть.
В MATLAB решение системы (1.31) возвращается функциями правого или левого деления матриц, в виде
V=–B/A |
или |
V=–(A΄\B΄)΄, |
(1.32) |
|
|
|
12 |