[natuurkunde] differentiaalvergelijkingen van een veersysteem
Moderators: ArcherBarry, Fuzzwood
-
- Berichten: 89
[natuurkunde] differentiaalvergelijkingen van een veersysteem
http://www.wetenschapsforum.nl/index.php?showtopic=82135
VERGEET ALLES UIT HET BOVENSTAANDE TOPIC!!
Ik zal de opgave even helemaal neerzetten, want ik heb behoorlijk wat verkeerde informatie gegeven en ben er nog steeds niet uit!
We willen differentiaalvergelijkingen opstellen die de reactie van het veersysteem van een autowiel op het wegdek geven. Dit kunnen we doen door te kijken naar de krachten die er op werken!
Hieronder een afbeelding van het veersysteem:
Het is dus een gekoppeld systeem met twee gedempte veren: de band en de wielophanging.
De weg is sinusvormig (amplitude 5 centimeter en periode 20 meter)
We beperken ons alleen tot de verticale krachten; andere krachten (rotatie, horizontale) verwaarlozen we.
Op de naaf van het wiel werken de volgende krachten:
de veerkracht van de band
de demping van de band
de veerkracht van de wielophanging
de demping van de wielophanging
de zwaartekracht
Op de auto werken de volgende krachten:
de veerkracht van de wielophanging
de demping van de wielophanging
de zwaartekracht
De dempingskrachten van beide veren zijn evenredig en tegengesteld aan de snelheid waarmee de lengte van de veer verandert. (evenredigheidsconstantes d-band en d-ophanging).
De veerkrachten van beide veren zijn ook evenredig en tegengesteld aan de uitwijking van die veer. (evenredigheidsconstantes v-band en v-ophanging).
Overige gegevens:
gewicht wiel: 10 kg
gewicht van auto op dit wiel: 250 kg
zwaartekrachtsconstante: 10 N/kg
Vraag: Hoe zien de diffenrentiaalvergelijkingen er voor dit veersysteem uit? Ik hoop dat iemand me goed op weg kan helpen!
VERGEET ALLES UIT HET BOVENSTAANDE TOPIC!!
Ik zal de opgave even helemaal neerzetten, want ik heb behoorlijk wat verkeerde informatie gegeven en ben er nog steeds niet uit!
We willen differentiaalvergelijkingen opstellen die de reactie van het veersysteem van een autowiel op het wegdek geven. Dit kunnen we doen door te kijken naar de krachten die er op werken!
Hieronder een afbeelding van het veersysteem:
Het is dus een gekoppeld systeem met twee gedempte veren: de band en de wielophanging.
De weg is sinusvormig (amplitude 5 centimeter en periode 20 meter)
We beperken ons alleen tot de verticale krachten; andere krachten (rotatie, horizontale) verwaarlozen we.
Op de naaf van het wiel werken de volgende krachten:
de veerkracht van de band
de demping van de band
de veerkracht van de wielophanging
de demping van de wielophanging
de zwaartekracht
Op de auto werken de volgende krachten:
de veerkracht van de wielophanging
de demping van de wielophanging
de zwaartekracht
De dempingskrachten van beide veren zijn evenredig en tegengesteld aan de snelheid waarmee de lengte van de veer verandert. (evenredigheidsconstantes d-band en d-ophanging).
De veerkrachten van beide veren zijn ook evenredig en tegengesteld aan de uitwijking van die veer. (evenredigheidsconstantes v-band en v-ophanging).
Overige gegevens:
gewicht wiel: 10 kg
gewicht van auto op dit wiel: 250 kg
zwaartekrachtsconstante: 10 N/kg
Vraag: Hoe zien de diffenrentiaalvergelijkingen er voor dit veersysteem uit? Ik hoop dat iemand me goed op weg kan helpen!
-
- Berichten: 89
Re: [natuurkunde] differentiaalvergelijkingen van een veersysteem
Ik zal vast zeggen hoe ik ben begonnen: We moeten een krachtenbalans maken!
Krachten omhoog gericht zijn:
veerkracht ophanging
demping ophanging
Krachten naar beneden gericht zijn:
zwaartekracht op auto
zwaartekracht op naaf van het wiel
veerkracht band
demping band
veerkracht ophanging
demping ophanging
Vervolgens ga ik deze krachten uitdrukken in x en afgeleiden van x. Dat is toch de juiste weg? We vullen de gegevens nog even niet in. Dat doe ik aan het eind.
zwaartekracht op auto = mx''
zwaartekracht op naaf van het wiel = mx''
veerkracht band: (v-band)x
veerkracht ophanging: (v-ophanging)x
demping band: (d-band)x'
demping ophanging: (d-ophanging)x'
Ik heb nu toch alle krachten? Moet ik hier nu 1 differentiaalvergelijking van maken met links de krachten omhoog en rechts de krachten naar beneden? Of hebben we meerdere differentiaalvergelijkingen? Er lijken nu ook dingen tegen elkaar weg te vallen. Dat lijkt me niet de bedoeling eigenlijk! Kunnen jullie me enigszins op de rails helpen? Hoe betrek ik het sinusvormige wegdek in mijn balans?
Krachten omhoog gericht zijn:
veerkracht ophanging
demping ophanging
Krachten naar beneden gericht zijn:
zwaartekracht op auto
zwaartekracht op naaf van het wiel
veerkracht band
demping band
veerkracht ophanging
demping ophanging
Vervolgens ga ik deze krachten uitdrukken in x en afgeleiden van x. Dat is toch de juiste weg? We vullen de gegevens nog even niet in. Dat doe ik aan het eind.
zwaartekracht op auto = mx''
zwaartekracht op naaf van het wiel = mx''
veerkracht band: (v-band)x
veerkracht ophanging: (v-ophanging)x
demping band: (d-band)x'
demping ophanging: (d-ophanging)x'
Ik heb nu toch alle krachten? Moet ik hier nu 1 differentiaalvergelijking van maken met links de krachten omhoog en rechts de krachten naar beneden? Of hebben we meerdere differentiaalvergelijkingen? Er lijken nu ook dingen tegen elkaar weg te vallen. Dat lijkt me niet de bedoeling eigenlijk! Kunnen jullie me enigszins op de rails helpen? Hoe betrek ik het sinusvormige wegdek in mijn balans?
-
- Berichten: 4.246
Re: [natuurkunde] differentiaalvergelijkingen van een veersysteem
Eerst maar 's simpel beginnen:
Quitters never win and winners never quit.
-
- Berichten: 4.246
Re: [natuurkunde] differentiaalvergelijkingen van een veersysteem
Nu een wegdekprofiel:
Quitters never win and winners never quit.
-
- Berichten: 89
Re: [natuurkunde] differentiaalvergelijkingen van een veersysteem
Ik heb het gelezen, maar kom niet echt veel verder. Ik ben dus een krachtenbalans aan het maken en als ik alle krachten omhoog links zet en alle kracht naar beneden rechts, krijg ik de volgende differentiaalvergelijking:
(v-ophanging)x + (d-ophanging)x' = m(auto)x'' + m(naaf)x'' + (v-band)x + (v-ophanging)x + (d-band)x' + (d-ophanging)x'.
Dit klopt toch? Volgens mij moet ik alleen het wegdek hierin nog verwerken! Maar hoe pas ik mijn differentiaalvergelijking hierop aan?
(v-ophanging)x + (d-ophanging)x' = m(auto)x'' + m(naaf)x'' + (v-band)x + (v-ophanging)x + (d-band)x' + (d-ophanging)x'.
Dit klopt toch? Volgens mij moet ik alleen het wegdek hierin nog verwerken! Maar hoe pas ik mijn differentiaalvergelijking hierop aan?
-
- Berichten: 4.246
Re: [natuurkunde] differentiaalvergelijkingen van een veersysteem
Dat staat toch in mijn tweede post?Volgens mij moet ik alleen het wegdek hierin nog verwerken! Maar hoe pas ik mijn differentiaalvergelijking hierop aan?
Quitters never win and winners never quit.
-
- Berichten: 89
Re: [natuurkunde] differentiaalvergelijkingen van een veersysteem
Sorry, dan begrijp ik je oplossing niet! Want ik zie staat y, u, fasehoek, etc... Dat heb ik toch niet nodig?
moet ik de stationaire oplossing gewoon rechts van de differentiaalvergelijking optellen? Ik moet oplossen naar x! Heb ik dan nog y en u nodig? Sorry, misschien lijkt het dom, maar kun je dan misschien zeggen hoe mijn uiteindelijke differentiaalvergelijking eruit moet zien?
moet ik de stationaire oplossing gewoon rechts van de differentiaalvergelijking optellen? Ik moet oplossen naar x! Heb ik dan nog y en u nodig? Sorry, misschien lijkt het dom, maar kun je dan misschien zeggen hoe mijn uiteindelijke differentiaalvergelijking eruit moet zien?
- Berichten: 9.240
Re: [natuurkunde] differentiaalvergelijkingen van een veersysteem
je moet de eerste differentiaal nemen van het wegdek, dat is de extra kracht op de wielen. Als de snelheid constant is tenminste.
Dus dan heb je 'je differentiaal vergelijking' = F(x).
Als het wegdek stijl is, is de extra kracht groot (dus op x=0 is er een maximum) als het wegdek stijl naar beneden is, is de kracht negatief.
Dus dan heb je 'je differentiaal vergelijking' = F(x).
Als het wegdek stijl is, is de extra kracht groot (dus op x=0 is er een maximum) als het wegdek stijl naar beneden is, is de kracht negatief.
-
- Berichten: 89
Re: [natuurkunde] differentiaalvergelijkingen van een veersysteem
Oke, maar dan wordt mijn dv:DePurpereWolf schreef:je moet de eerste differentiaal nemen van het wegdek, dat is de extra kracht op de wielen. Als de snelheid constant is tenminste.
Dus dan heb je 'je differentiaal vergelijking' = F(x).
Als het wegdek stijl is, is de extra kracht groot (dus op x=0 is er een maximum) als het wegdek stijl naar beneden is, is de kracht negatief.
(v-ophanging)x + (d-ophanging)x' = m(auto)x'' + m(naaf)x'' + (v-band)x + (v-ophanging)x + (d-band)x' + (d-ophanging)x' + A sin (2pi (x gedeeld door l)
waarbij l is de periode en a de amplitude!
Klopt dit? Zo nee, welke foutje zit er nog in? En volgens mij vallen er nu ook dingen links en rechts tegen elkaar weg, of niet?
-
- Berichten: 7.068
Re: [natuurkunde] differentiaalvergelijkingen van een veersysteem
Zo denk ik dat het moet:
Massa z = de auto.
Massa y = de naaf.
x is het wegdek.
veer 1 zit tussen de auto en de naaf.
veer 2 zit tussen de naaf en het wegdek.
Voor de massa (= mz) die de auto is geldt:
Voor de massa (= my) die de naaf is geldt:
Massa z = de auto.
Massa y = de naaf.
x is het wegdek.
veer 1 zit tussen de auto en de naaf.
veer 2 zit tussen de naaf en het wegdek.
Voor de massa (= mz) die de auto is geldt:
\(m_z \ddot{z} = c_1 (y - z) + k_1 (\dot{y} - \dot{z}) + m_z g\)
waarbij:\(m_z \ddot{z}\)
= de totale kracht op de auto.\(c_1 (y - z)\)
= de kracht die de veer op de auto uitoefend. Let op! x en z zijn zo gedefinieerd dat ze nul zijn als alle veren in rusttoestand zijn.\(k_1 (\dot{y} - \dot{z})\)
= de kracht die de demping veroorzaakt.\(m g\)
= de zwaarte kracht.Voor de massa (= my) die de naaf is geldt:
\(m_y \ddot{y} = c_1 (z - y) + k_1 (\dot{z} - \dot{y}) + m_y g + c_2 (y - x) + k_2 (\dot{y} - \dot{x})\)
waarbij:\(m_y \ddot{y}\)
= de totale kracht op de naaf.\(c_1 (z - y)\)
= de kracht die de veer op de naaf uitoefend. Deze is natuurlijk precies tegengesteld aan de kracht die de veer op de auto uitoefend.\(k_1 (\dot{z} - \dot{y})\)
= de kracht die de demping veroorzaakt.\(m g\)
= de zwaarte kracht.\(c_2 (y - x)\)
= de kracht die de onderste veer op de naaf uitoefend.\(k_2 (\dot{y} - \dot{x})\)
= de kracht die de demping veroorzaakt.-
- Berichten: 89
Re: [natuurkunde] differentiaalvergelijkingen van een veersysteem
Dank je! Ik ben deze middag alweer heel ver gekomen. Ik zit alleen nog even met het wegdek. Het wegdek heeft de vorm van een sinusfunctie, waarvan de amplitude 0.05 meter is en de periode 20 meter. Moet ik x vervangen door 0,05 Sin (Pi/10)? Kan iemand me daar nog even mee helpen? Want ik moet dat wegdek toch ergens in die dv kwijt?
-
- Berichten: 7.068
Re: [natuurkunde] differentiaalvergelijkingen van een veersysteem
Ga je er dan nog wel even een tijdsafhankelijkheid instoppen?Moet ik x vervangen door 0,05 Sin (Pi/10)?
-
- Berichten: 89
Re: [natuurkunde] differentiaalvergelijkingen van een veersysteem
Kijk, ik snap het dus niet! x is de positie van het wegdek, maar die positie hangt inderdaad af van de tijd... Hoe verander je dan concreet de dv?Ga je er dan nog wel even een tijdsafhankelijkheid instoppen?
Moet ik dus x vervangen door 0,05 Sin (pi/10 t)? En x' kan ik die gewoon laten staan?
-
- Berichten: 7.068
Re: [natuurkunde] differentiaalvergelijkingen van een veersysteem
De plek op het wegdek hangt af van de tijd (via de voorwaartse snelheid van de auto). De plek op het wegdek hangt samen met de hoogte van het wegdek op die plek (dit is x). De hoogte hangt dus af van de tijd.Kijk, ik snap het dus niet! x is de positie van het wegdek, maar die positie hangt inderdaad af van de tijd... Hoe verander je dan concreet de dv?
Nee, want dat is de afgeleide van x naar de tijd...En x' kan ik die gewoon laten staan?
-
- Berichten: 89
Re: [natuurkunde] differentiaalvergelijkingen van een veersysteem
Oke, dus ter bevestiging:
Ik vul voor x overal 0,05 sin (pi/10 t) in. En voor x' vul ik de afgeleide van het hiervoor genoemde in... Dan klopt het? Dank voor je toelichting tot dusver!
Ik vul voor x overal 0,05 sin (pi/10 t) in. En voor x' vul ik de afgeleide van het hiervoor genoemde in... Dan klopt het? Dank voor je toelichting tot dusver!