Teoretyczne przypadki do sprawdzenia

Jedną z czynności w procesie odpowiedzialnego projektowania jest sprawdzanie. Aby sprawdzić projekt, często warto użyć prostych i niezawodnych przypadków teoretycznych. Przypadki takie opisano poniżej.

Przypadki te opisują równania i założenia wykorzystywane podczas sprawdzania danych wyjściowych symulacji.

Przemieszczenie, przypadek obciążnik-sprężyna

Prosty przypadek sprawdzenia układu obciążnik-sprężyna.

Prawo Newtona:

(1)

Z:

  Wartość numeryczna:
: położenie, w czasie t  
: prędkość  
: przyspieszenie  
: masa bryły w kg 10
= tłumienie sprężyny w N.s/m 20
= sztywność sprężyny w N/m 15000
= długość swobodna sprężyny w m 0.3
= siła ciężkości w m/s2 9.81
= położenie początkowe w m 0.33
= prędkość początkowa w m/s 0.0

(1)

z

 

(2)

Rozwiązanie tego równania różniczkowego jest następujące:

 

(3)

Rozwiązanie szczególne, gdy układ jest ustabilizowany, jest dla i x = B.

Następnie (2)

 

 

(4)

Warunki początkowe określają wartość A i :

dla t = 0,0, (3)

 

(5)

 

i

 

(6)

Ostatecznie (4) i (6) podane w (3) dają równanie przemieszczenia:

To równanie zostało następnie zaprogramowane w programie Excel i wyniki zostały porównane z wynikami otrzymanymi w symulacji dynamicznej i okazały się identyczne.

Położenie i prędkość, przypadek korba-tłok

Celem tego przypadku sprawdzenia jest sprawdzenie położenia i prędkości w wale korbowym oraz mechanizmie tłoka, gdy dane wyjściowe symulacji dynamicznej w porównaniu z równaniami teoretycznymi są takie same.

Znane wartości: „Rzut” lub odległość czopu wału korbowego od środka obrotu wału oraz długość pręta łączącego pomiędzy głównym czopem łożyska i złączem sworzniowym tłoka.

Diagram

Definicja

R = długość(OP) = rzut wału korbowego

L = długość(PQ) = długość pręta łączącego

 

Prędkość punktu Q względem bezwzględnego układu współrzędnych R0 = (x0, y0)

// położenie punktu Q w układzie R0
//prędkość punktu Q w układzie R0
z:

i:

z:
i:
następnie:

Punkt Q pozostaje na osi y0 a komponent x0 wynosi 0,0 :

Ostatecznie, używając (1):  
 

Równanie (1) daje wartość , która nie jest liniowa i oparta na czasie; zatem jest stałą i nie jest prostą funkcją okresową.

(1)

i

Używając programu MS Excel i wartości numerycznych (L=0,125 m, R=0,06 m i

rad/s), obliczamy położenie i prędkość punktu Q w następujący sposób:

Położenie:

 

Prędkość:

 

Wynik: krzywe w symulacji dynamicznej są identyczne z krzywymi otrzymanymi na podstawie równań teoretycznych.