Моделирование удара шарика об стенку Эссам — различия между версиями

Материал из Department of Theoretical and Applied Mechanics
Перейти к: навигация, поиск
(→‎Моделирование удара шарика об стенку)
(→‎Математическая модель)
 
(не показаны 22 промежуточные версии этого же участника)
Строка 1: Строка 1:
−
== Моделирование удара шарика об стенку==
+
'''''Курсовой проект по [[Механика дискретных сред|Механике дискретных сред]]'''''
 +
 
 +
'''Исполнитель:''' [[Эссам Жоан]]
 +
 
 +
'''Группа:'''  5030103/80101
 +
 
 +
'''Семестр:''' осень 2021
 +
 
 +
== Постановка задачи ==
 +
 
 +
Требуется смоделировать удар воздушного шарика о твердую стенку в двумерной постановке. Воздушный шарик представляет из себя оболочку, состоящую из материальный точек, каждая из которых соединена пружиной. Отскакивание воздушного шара от стенки моделируется при помощи потенциала Ленарда-Джонса.
 +
 
 +
==Математическая модель==
 +
Уравнение движения для каждой из материальных точек записывается следующим образом:
 +
 
 +
<math>
 +
  m\underline{\ddot{x}}_i(t)=\underline{F}_{R_1}+\underline{F}_{R_2}+\underline{P}+\underline{F}_{Wall}\\
 +
  \underline{x}_i(0)=\underline{x}_i^0,~\underline{v}_i(0)=\underline{v}_i^0~~~i=1,\ldots,n
 +
</math>
 +
 
 +
 
 +
где
 +
<math>
 +
  \underline{F}_{R_1}, \underline{F}_{R_2}\\
 +
</math> - силы упругости действующие на <math>i</math>-ую частицу со стороны <math>i-1</math> и <math>i+1</math> соответственно;
 +
 
 +
<math>
 +
  \underline{P}
 +
</math> - давление создаваемое газом;
 +
 
 +
<math>
 +
\underline{F}_{Wall}\\
 +
</math> - сила взаимодействия между воздушным шаром и стеной;
 +
 
 +
Сила упругости, действующая на частицу 1 со стороны частицы 2, вычисляется по следующей формуле:
 +
 
 +
<math>
 +
  \underline{F}_{R}= -(||\underline{R}_1-\underline{R}_2|| - l_0)k_R\frac{(\underline{R}_2-\underline{R}_1)}{||\underline{R}_2-\underline{R}_1||}
 +
</math>,  где <math>l_0</math> - начальная длина пружины  соединяющей частицу 1 и 2 и  <math>k_R</math> - коэффициент жесткости пружины.
 +
 
 +
Давление:
 +
 
 +
<math>
 +
  \underline{P}=P \underline{n}
 +
</math>,  где <math> P </math> - модуль давления, <math> \underline{n}</math> - нормаль к пружине, направленная наружу.
 +
 
 +
Взаимодействие шара со стеной:
 +
 
 +
<math>
 +
  \underline{F}_{Wall}=\frac{12D}{a}[(\frac{a}{r})^{13}-(\frac{a}{r})^7]
 +
</math>
 +
 
 +
Интегрирование уравнений движения осуществляется при помощи метода Верле.
 +
 
 +
== визуализация 2D моделирования ==
 +
исходный код можно посмотреть здесь:
 +
https://github.com/johann314/DM
  
 
{{#widget:Iframe |url=https://johann314.github.io/DM/ |width=1000 |height=1000 |border=0 }}
 
{{#widget:Iframe |url=https://johann314.github.io/DM/ |width=1000 |height=1000 |border=0 }}

Текущая версия на 10:18, 20 января 2022

Курсовой проект по Механике дискретных сред

Исполнитель: Эссам Жоан

Группа: 5030103/80101

Семестр: осень 2021

Постановка задачи[править]

Требуется смоделировать удар воздушного шарика о твердую стенку в двумерной постановке. Воздушный шарик представляет из себя оболочку, состоящую из материальный точек, каждая из которых соединена пружиной. Отскакивание воздушного шара от стенки моделируется при помощи потенциала Ленарда-Джонса.

Математическая модель[править]

Уравнение движения для каждой из материальных точек записывается следующим образом:

[math] m\underline{\ddot{x}}_i(t)=\underline{F}_{R_1}+\underline{F}_{R_2}+\underline{P}+\underline{F}_{Wall}\\ \underline{x}_i(0)=\underline{x}_i^0,~\underline{v}_i(0)=\underline{v}_i^0~~~i=1,\ldots,n [/math]


где [math] \underline{F}_{R_1}, \underline{F}_{R_2}\\ [/math] - силы упругости действующие на [math]i[/math]-ую частицу со стороны [math]i-1[/math] и [math]i+1[/math] соответственно;

[math] \underline{P} [/math] - давление создаваемое газом;

[math] \underline{F}_{Wall}\\ [/math] - сила взаимодействия между воздушным шаром и стеной;

Сила упругости, действующая на частицу 1 со стороны частицы 2, вычисляется по следующей формуле:

[math] \underline{F}_{R}= -(||\underline{R}_1-\underline{R}_2|| - l_0)k_R\frac{(\underline{R}_2-\underline{R}_1)}{||\underline{R}_2-\underline{R}_1||} [/math], где [math]l_0[/math] - начальная длина пружины соединяющей частицу 1 и 2 и [math]k_R[/math] - коэффициент жесткости пружины.

Давление:

[math] \underline{P}=P \underline{n} [/math], где [math] P [/math] - модуль давления, [math] \underline{n}[/math] - нормаль к пружине, направленная наружу.

Взаимодействие шара со стеной:

[math] \underline{F}_{Wall}=\frac{12D}{a}[(\frac{a}{r})^{13}-(\frac{a}{r})^7] [/math]

Интегрирование уравнений движения осуществляется при помощи метода Верле.

визуализация 2D моделирования[править]

исходный код можно посмотреть здесь: https://github.com/johann314/DM

Источник — «http://tm.spbstu.ru/?title=Моделирование_удара_шарика_об_стенку_Эссам&oldid=59033»