В процессе выполнения работы необходимо знать язык программирования Си или Си++. Работу необходимо выполнять в следующей последовательности:
1. Изучить метод имитационного моделирования, используя рекомендованные источники литературы [7].
2. Получить у своего научного руководителя или у преподавателя, ведущего лабораторные работы, задачу, которую нужно решить методом имитационного моделирования. В качестве задачи можно выбрать одну из перечисленных ниже.
Задание № 1
Резиновый шарик массой 1 кг падает на пол с высоты 1 м и отскакивает от него с коэффициентом восстановления k = 0,9. На какой высоте от пола будет находиться шарик через 10 с и сколько раз шарик ударится об пол за это время? Сопротивление воздуха считать равным F сопр = 0,01× V ш [H]. Шаг моделирования по времени составляет Dt = 0,001 с.
Задание № 2
Вагон массой 1000 кг катится и ударяется через 200 м в тележку массой 200 кг. Начальная скорость вагона 2,5 м/с. Сила трения колес вагона и тележки составляет F тр = 0,01× V [H]. Коэффициент восстановления при ударе k = 0,8. Какова будет скорость тележки после 1 минуты? Шаг моделирования по времени составляет Dt = 0,001 с.
Задание № 3
| Камень массой m = 1 кг (рис. 1.1) падает с высоты 2 м на пружину, лежащую на полу. Длина пружины в свободном состоянии составляет 30 см. Жесткость пружины k = 100 Н/см. На какой высоте от пола будет находиться камень через 10 с? Шаг моделирования по времени составляет Dt = 0,001 с. | 
Рис. 1.1
|
Задание № 4
| Камень массой 1 кг (рис. 1.2) падает с высоты 2 м на демпфер, верхний конец которого находится на высоте 1,7 м. Сопротивление демпфера составляет 100 Н/(м/с). Насколько сдвинется конец демпфера через 5 с после начала падения камня? Шаг моделирования по времени составляет Dt = 0,001 с. | 
Рис. 1.2
|
Задание № 5
|
|
Шарик массой 1 кг (рис. 1.3) скатывается с наклонной плоскости, находящейся под углом 45о и которая плавно переходит в другую наклонную плоскость под углом 30о. Сила трения качения составляет F тр = 0,01× V [H]. Через сколько секунд и на каком расстоянии от места начала движения шарик остановится? Шаг моделирования по времени составляет Dt = 0,001 с.
Рис. 1.3
Задание № 6
Ракета взлетела с земли с начальной скоростью Vо = 100 м/с под углом 60о к горизонту и начала разгоняться с ускорением 5 м/с2 в течение 30 с. Масса ракеты составляет 20 кг. На каком расстоянии и на какой секунде от точки взлета ракета упадет? Силу трения ракеты об воздух принять равной F тр = 0,005× V [H]. Шаг моделирования по времени составляет Dt = 0,001 с.
Задание № 7
Ракета взлетела с земли под углом 45о к горизонту с начальной скоростью Vо = 150 м/с и начальной массой 100 кг. В течение 20 с вырабатывалось топливо со скоростью 1 кг/с, что поддерживало тягу F = 200 H. На каком расстоянии и на какой секунде от точки взлета ракета упадет? Шаг моделирования по времени составляет Dt = 0,001 с.
Задание № 8
Автомобиль массой 1000 кг ехал накатом по ровной дороге со скоростью 20 м/с. Сила трения колес составляла F тр = 0,001× V [H]. Через 100 м дорога пошла в гору под углом 20о к горизонту. Через сколько секунд от начала отсчета автомобиль остановится и на какой высоте? Шаг моделирования по времени составляет Dt = 0,001 с.
Задание № 9
Автомобиль массой 1000 кг (рис. 1.4), стоя на горе на высоте 50 м начал скатываться с горы по ровной дороге. Наклон горы составляет 30о к горизонту. Сила трения колес составляла F тр = 0,005× V [H]. Через какое время и на каком расстоянии от начала отсчета автомобиль остановится? Шаг моделирования по времени составляет Dt = 0,001 с.
|
|
Рис. 1.4
Задание № 10
Стальной шарик массой 1 кг катится по плоскости с начальной скоростью Vо = 5 м/с и ударяется об стенку с коэффициентом восстановления k = 0,7, отскакивая от нее. Начальное расстояние от шарика до стенки составляет 5 м. Сила трения качения F тр = 0,005× V [H]. На каком расстоянии от стенки и на какой секунде шарик остановится? Шаг моделирования по времени составляет Dt = 0,001 с.
Задание № 11
Стальной шарик массой 2 кг катится по поверхности и через 2 м ударяется в другой шарик массой 1 кг. Коэффициент восстановления удара составляет k = 0,5. Начальная скорость первого шарика Vо = 5 м/с. Сила трения качения F тр = 0,005× V [H]. Через сколько секунд второй шарик остановится? Шаг моделирования по времени составляет Dt = 0,001 с.
Задание № 12
Автомобиль, массой 1000 кг, накатом катится по ровной дороге с начальной скоростью 30 м/с. Сила трения качения F тр = 0,005× V [H]. Через 100 начинается участок дороги с песком и сила трения увеличивается F тр = 0,5× V. Через сколько секунд и на каком расстоянии автомобиль остановится? Шаг моделирования по времени составляет Dt = 0,001 с.
Задание № 13
| Резиновый шарик массой 1 кг (рис. 1.5) с начальной скоростью Vо = 1 м/с падает на пол с высоты 1 м под углом 60о к горизонту и отскакивает от него с коэффициентом восстановления k = 0,7. На каком расстоянии от начала падения будет находиться шарик через 15 с и сколько раз он отскочит от пола? Сопротивление воздуха считать равным F сопр = 0,1× V ш [H]. Шаг моделирования по времени составляет Dt = 0,001 с. | 
Рис. 1.5
|
3. На основе метода имитационного моделирования представить алгоритм решения задачи в виде блок-схемы. На блок-схеме использовать обозначения, принятые при составлении блок-схем. Например, пусть дано следующее задание:
|
|
Камень массой m = 1 кг и средним диаметром d = 0,1 м брошен под углом к горизонту 45о со скоростью V = 70 м/с. Коэффициент сопротивления воздуха составляет Сх = 0,4. Плотность воздуха принять равной 1,293 кг/м3. Ускорение свободного падения 9,81 м/с2. Шаг моделирования по времени составляет Dt = 0,1 с. Определить, на какой секунде и на каком расстоянии от места броска камень приземлится? Сила сопротивления воздуха определяется по формуле 
.
Пример блок-схемы приведен на рис. 1.6.
4. По блок-схеме написать программу на языке С или С++, используя принятые стандарты написания программ [3].
5. Набрать подготовленную программу в системе программирования Borland C++ 3.1 или Builder C++ 5.0. Пример написания программы приведен в Приложении.
6. Запустить программу на расчет и провести ее отладку.
7. Отчетностью за лабораторную работу является работающая программа, решающая поставленную задачу методом имитационного моделирования.
8. Защита работы заключается в ответе на вопросы для контроля и дополнительные вопросы преподавателя.
 |
Вопросы для контроля
1. Назовите преимущества и недостатки метода имитационного моделирования по сравнению с методами аналитического моделирования.
2. В чем заключается метод имитационного математического моделирования?
3. От чего зависит точность метода имитационного моделирования?
4. Какие ресурсы компьютера важны при реализации метода имитационного моделирования?
5. Что называется модельным временем и шагом моделирования?
6. К какому виду обеспечения САПР относится метод имитационного моделирования?
7. Каким образом можно реализовать метод имитационного моделирования при проектировании двигателя?