Лабораторная работа № 1. Пружинный маятник. ------------------------------------------- Постановка задачи ~~~~~~~~~~~~~~~~~ В качестве примера рассмотрим пружинный маятник, изображенный на рисунке 1. Исходные данные: - Жесткость пружины 100 Н/м - Вязкость 0,1 Н*с/м - Масса 1 кг - Начальное смещение 1 м .. figure:: ./media/tutorial_1D_problem_1.png :scale: 70% Рисунок 1. Пружинный маятник 1. Создание файла модели ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Запустите в папке PRADIS препроцессор PRADIS Qucs через его ярлык (рисунок 2). .. figure:: ./media/tutorial_1D_problem_2.png Рисунок 2. Ярлык PRADIS Qucs В директории C:\\PRADIS создайте папку new_project . Затем откройте этот проект в выпадающем меню *Проект \\ Открыть проект*.. (рисунок 3). .. figure:: ./media/tutorial_1D_problem_3.png :scale: 70% Рисунок 3. Открыть проект В окне введите путь C:\\PRADIS и выберите папку new_project (рисунок 4). .. figure:: ./media/tutorial_1D_problem_4.png :scale: 70% Рисунок 4. Выбор папки new_project Создайте новый файл модели, выбрав в разделе «Файл» (рисунок 5) команду «Создать» или нажав Ctrl+N. Далее, для сохранения этого файла, в этом же разделе выберите команду «Сохранить» или нажав Ctrl+S. .. figure:: ./media/tutorial_1D_problem_5.png :scale: 70% Рисунок 5. Раздел «Файл» В появившемся окне введите имя файла «pendulum», тип файла «Схема (*.sch)» (рисунок 6). .. figure:: ./media/tutorial_1D_problem_6.png :scale: 70% Рисунок 6. Задание имени новому файлу 2. Построение модели ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ .. |tutorial_1D_problem_7| image:: ./media/tutorial_1D_problem_7.png :scale: 70% В левой части экрана, нажав на вкладку «Компоненты», активируйте меню компонентных библиотек. Далее в этом меню из выпадающего списка выберите библиотеку «base». Выберите компонент упругой связи «K» |tutorial_1D_problem_7| и поместите его мышью на поле модели (рисунок 7). .. figure:: ./media/tutorial_1D_problem_8.png :scale: 70% Рисунок 7. Добавление компонента упругой связи .. |tutorial_1D_problem_9| image:: ./media/tutorial_1D_problem_9.png .. |tutorial_1D_problem_10| image:: ./media/tutorial_1D_problem_10.png .. |tutorial_1D_problem_11| image:: ./media/tutorial_1D_problem_11.png В библиотеке «base» выберете компонент «Земля» |tutorial_1D_problem_9|, поместите его на рабочем поле модели над компонентом упругой связи, предварительно повернув необходимым образом с помощью правой кнопки мыши, затем соедините компоненты, используя проводник |tutorial_1D_problem_10| или нажав Ctrl + E. Далее выберите компонент вязкости |tutorial_1D_problem_11|, поместите на рабочем поле параллельно компоненту упругой связи и соедините (рисунок 8). .. figure:: ./media/tutorial_1D_problem_12.png :scale: 70% Рисунок 8. Добавление компонентов .. |tutorial_1D_problem_13| image:: ./media/tutorial_1D_problem_13.png Для того чтобы добавить массу в меню компонентных библиотек из выпадающего списка выберите библиотеку «Masses» и выберите компонент одномерного инерционного элемента |tutorial_1D_problem_13| и поместите его на рабочем поле модели (рисунок 9). .. figure:: ./media/tutorial_1D_problem_14.png :scale: 70% Рисунок 9. Добавление компонента одномерного инерционного элемента .. |tutorial_1D_problem_15| image:: ./media/tutorial_1D_problem_15.png В меню компонентных библиотек из выпадающего списка выберите библиотеку «Sources». Выберите компонент начального перемещения для одной степени свободы |tutorial_1D_problem_15| и поместите его на рабочем поле модели (рисунок 10). .. figure:: ./media/tutorial_1D_problem_16.png :scale: 70% Рисунок 10. Добавление компонента начального смещения 3. Добавление индикаторов ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Чтобы увидеть скорость, перемещение или силу элементов, необходимо добавить индикаторы скорости, перемещения. .. |tutorial_1D_problem_17| image:: ./media/tutorial_1D_problem_17.png .. |tutorial_1D_problem_18| image:: ./media/tutorial_1D_problem_18.png Для этого в меню компонентных библиотек из выпадающего списка выберите библиотеку «base». Выберите индикаторы скорости (V) |tutorial_1D_problem_17| и перемещения (X) |tutorial_1D_problem_18|, поместите на рабочем поле модели, соедините со степенями свободы, скорость и перемещение для которых необходимо увидеть. Чтобы определить силу в пружине, добавьте индикатор X, не соединяя ни с чем. Для удобства назовите его «Сила» (рисунок 11). .. figure:: ./media/tutorial_1D_problem_19.png :scale: 70% Рисунок 11. Добавление индикаторов Для того чтобы измерить силу в пружине K1 войдите в свойства компонента «Сила» двойным нажатием левой кнопки мыши на компонент, либо нажав правой кнопкой мыши на компонент и в появившемся меню выбрав «Изменить свойства». Во вкладке ПРВП нужно ввести K1.I(1) (рисунок 12), где K1 – название компонента, I – функция для измерения потоковой переменной (например, силы), (1) – номер степени свободы модели, через которую мы измеряем силу. .. figure:: ./media/tutorial_1D_problem_20.png :scale: 70% Рисунок 12. Измерение силы в пружине 4. Добавление оператора вывода диаграмм ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ В любой расчетной схеме PRADIS необходим оператор DISP, который служит для создания диаграммы при выводе результатов. В операторе DISP указываются индикаторы, которые нужно указать на этой диаграмме. Операторов DISP может быть несколько, но нужен хотя бы один. В библиотеке «base» выберите блок диаграмм результатов расчета DISP и поместите его на рабочем поле модели. Откройте диалог свойств и во вкладке «Вывод» выберите V1 в списке индикаторов. Далее нажмите кнопку «Добавить» и нажмите кнопку «ОК» (рисунок 13). .. figure:: ./media/tutorial_1D_problem_21.png :scale: 70% Рисунок 13. Добавление оператора вывода диаграмм 5. Добавление оператора решателя динамики ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Для выполнения динамического анализа, необходимо добавить на схему оператор динамического анализа Dynamic. В этом операторе описаны параметры динамического решателя. В библиотеке «base» выберете блок динамического анализа Dynamic и поместите его на рабочем поле модели. Откройте диалог свойств и во вкладке «Свойства» в поле «end» (Конечное время интегрирования) поставьте 10 (10 секунд) и нажмите кнопку «Применить» (рисунок 14). .. figure:: ./media/tutorial_1D_problem_22.png :scale: 70% Рисунок 14. Добавление оператора решателя динамики 6. Добавление параметров модели ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Чтобы поставить коэффициент вязкости, войдите в диалог свойств компонента MU1. Во вкладке «Свойства» в поле Mu (Коэффициент вязкости) поставьте значение 0.1 и нажмите кнопку «Применить» (рисунок 15). .. figure:: ./media/tutorial_1D_problem_23.png :scale: 70% Рисунок 15. Назначение коэффициента вязкости Чтобы поставить коэффициент жесткости пружины, войдите в диалог свойств компонента K1. Во вкладке «Свойства» в поле K (Коэффициент) поставьте значение 100 и нажмите кнопку «Применить» (рисунок 16). .. figure:: ./media/tutorial_1D_problem_24.png :scale: 70% Рисунок 16. Назначение коэффициента жесткости Чтобы поставить массу, войдите в диалог свойств компонента M1D1. Во вкладке «Свойства» в поле M (Масса) поставьте значение 1.0 и нажмите кнопку «Применить» (рисунок 17). .. figure:: ./media/tutorial_1D_problem_25.png :scale: 70% Рисунок 17. Назначение массы Чтобы поставить начальное смещение, войдите в диалог свойств компонента SN1. Во вкладке «Свойства» в поле S0 (Начальное смещение) поставьте значение 1.0 и нажмите кнопку «Применить» (рисунок 18). .. figure:: ./media/tutorial_1D_problem_26.png :scale: 70% Рисунок 18. Назначение начального смещения 7. Расчет ~~~~~~~~~ .. |tutorial_1D_problem_27| image:: ./media/tutorial_1D_problem_27.png Для запуска расчета нажмите на пиктограмму «Моделировать» |tutorial_1D_problem_27| или клавишу «F2». После запуска расчета открывается окно решателя (рисунок 19), в котором отображаются данные о ходе выполнения расчета, а также сведения об ошибках в случаях их возникновения. При успешном завершении расчета в окне решателя появляется фраза «Расчет успешно завершен», после чего автоматически открывается окно постпроцессора и загружаются данные с результатами. .. figure:: ./media/tutorial_1D_problem_28.png :scale: 70% Рисунок 19. Окно решателя 8. Анализ результатов ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Чтобы отобразить график скорости маятника, выберите в постпроцессоре окно DISP1. Поставьте галочку «Autoscale» (рисунок 20). .. figure:: ./media/tutorial_1D_problem_29.png :scale: 70% Рисунок 20. График скорости маятника .. |tutorial_1D_problem_30| image:: ./media/tutorial_1D_problem_30.png Чтобы отобразить фазовый портрет, нажмите на пиктограмму «Выбор кривой» |tutorial_1D_problem_30| + на рисунке. В появившемся окне выберете «pendulum.X1» в панели X-Group (рисунок 21). Результат - зависимость скорости маятника от его перемещения - показан на рисунке 22. .. figure:: ./media/tutorial_1D_problem_31.png :scale: 70% Рисунок 21. Окно выбора осей кривой .. figure:: ./media/tutorial_1D_problem_32.png :scale: 70% Рисунок 22. Фазовый портрет