بررسی حل معادلات عددی دیفرانسیل
معرفی معادلات دیفرانسیل
معادله در ریاضیات وقتی با اسم خاص و صورت خاص می آید خود به تنهایی مسأله ای را نمایش می دهد که در آن می خواهیم مجهولی را بدست آوریم.
کاربرد معادله دیفرانسیل از نظر تاریخی با معرفی مفهوم های مشتق و انتگرال آغاز گردید. ساده ترین نوع معادله دیفرانسیل آن دسته از معادلاتی هستند که مشتق تابع جواب را داشته باشیم. که چنین محاسبه ای به پاد مشق گیری و انتگرال گیری نامعین موسوم است.
معادلات دیفرانسیل وابستگی بین توابع و مشتق های توابع را نشان می دهد. که از لحاظ تاریخی به طور طبیعی از زمان کشف مشتق به وسیله نیوتن ولایب نیتس آغاز می شود. (قرن هفدهم میلادی). که با رشد سریع علم و صنعت در قرن بیستم روشهای عددی حل معادلات دیفرانسیل مورد توجه قرار گرفتند که توسعه و پیشرفت کامپیوتر ها در پایان قرن بیستم موجب کاربرد روش های تقریبی تعیین جواب معادلات دیفرانسیل در بسیاری از زمینه های کاربردی گردید که باعث بوجود آمدن مباحث جدید در این زمینه شد.
اگر تابعی از متغیر حقیقی باشد و ضابطه آن و متغیر تابع یا مقدار تابع باشد، آنگاه مشتق با یکی از نمادهای نمایش داده می شود. همچنین مشتق دوم، سوم،... و ام آن نیز به ترتیب با نمادهای
نمایش داده می شوند. اگر تابعی از دو متغیر حقیقی باشد آنگاه مشتق های جزئی با نمادهای نمایش داده می شوند. همچنین اگر آنگاه مشتق های جزئی با نمادهای و یا
نمایش داده می شوند.
همچنین داریم:
که این توابع مشتقات جزئی مرتبه دوم و مراتب بالاتر است.
همچنین برای توابع متغیر حقیقی داریم:
که فرض می کنیم همه مشتقات جزئی تا مرتبه مورد نظر پیوسته باشند.
حال برای تابع از متغیر حقیقی با مقدار حقیقی را دیفرانسیل تابع گویند. اگر تابع از متغیر حقیقی باشد.
را دیفرانسیل کامل تابع گویند. که در حالت خاص اگر از دو متغیر حقیقی با مقدار حقیقی باشد داریم:
یک معادله دیفرانسیل هر کدام از توابع ضمنی از متغیر یا متغیرهای مستقل، متغیر یا متغیرهای تابع و مشتق های متغیر یا متغیر های تابع نسبت به متغیر یا متغیرهای مستقل می تواند باشد که حتماً باید لا اقل یک مشتق ساده یا جزئی در آن حضور داشته باشد.
معادله دیفرانسیل یک نوع از معادلات دیفرانسیل است که فقط یک متغیر مستقل در آن وجود دارد. و متغیر تابع و
مشتقات مرتبه اول تا ام نسبت به است. متغیر می توانند در معادلات دیفرانسیل نباشند ولی حضور لااقل یک مشتق الزامی است. معادله دیفرانسیل
یک نوع معادله است که شامل متغیر مستقل است و فقط یک متغیر تابع دارد که در آن تابعی از ها است.
برای دسته بندی معادلات دیفرانسیل می گوییم هرگاه همه مشتق های ظاهر شده در معادله مشتق ساده باشند آنگاه معادله را معادله
دیفرانسیل معمولی (یا ساده یا عادی) می نامیم. اما اگر در عبارت معادله لااقل یک مشتق جزئی ظاهر شود آن را یک معادله دیفرانسیل با مشتقات جزئی یا معادله دیفرانسیل نسبی می نامیم.
معادلات دیفرانسیل زیر از جمله معادلات دیفرانسیل مهم هستند:
(معادله خطی غیر همگن)؛
(معادله بزنولی)
(معادله ریکاتی)
(معادله لا پلاس)
(معادله کلرو) غیر خطی؛
(معادله لاگرانژ) غیر خطی؛
(معادله یک بعدی حرارتی) ثابت؛
(معادله اولر) ثابت؛
(معادله لژ اندر) ثابت؛
(معادله بسل) ثابت نا منفی؛
(معادله پواسن)
(معادله یک بعدی موج) ثابت؛
(معادله ترافیک)
(معادله لاگرانژ)
(معادله پفافی)
(معادله ارتعاش تیر) ثابت
از معادلات دیفرانسیل فوق معادلات (3)(4)(5)(7)(8)(10)(11)(12) معادلات دیفرانسیل معمولی و بقیه معادلات دیفرانسیل نسبی می باشند.
اگر بخواهیم یک معادله را به صورت دیفرانسیلی بنویسیم می توانیم به جای عبارت را جایگزین کنیم. مثلاً برای معادله به صورت
است.
یک روش دیگر برای دسته بندی معادلات دیفرانسیل استفاده از مرتبة آنها است که مرتبة یک معادله دیفرانسیل عبارت است از بزرگترین مرتبه مشتق یا مشتقات ظاهر شده در عبارت معادله دیفرانسیل. با توجه به معادلات فوق می بینیم که معادلات (3) و(4)و(5)و(7)و(8)و(15)و(16)و(17) معادلات مرتبه اول و معادلات (6)و(9)و(10)و(11) و(12)و(13)و(14) معادلات مرتبه دوم و معادله دیفرانسیل (18) یک معادله مرتبه چهارم است.
وقتی معادلات دیفرانسیل هر کدام دارای بیش از یک متغیر تابع باشند در این صورت معادلات به تنهایی ظاهر نمی شوند و مجموعه ای از آنها مورد استفاده قرار می گیرد که اغلب تعدادشان با تعداد متغیرهای تابع برابر است. این گونه معادلات را دستگاه معادلات دیفرانسیل می نامیم.
یک روش دیگر برای دسته بندی معادلات دیفرانسیل استفاده از مفهوم خطی بودن یا غیر خطی بودن معادلات دیفرانسیل است.
یک معادله دیفرانسیل معمولی یا با مشتقات جزئی داده شده را یک معادله دیفرانسیل خطی در مجموعه متغیرهای تابعی اش گوئیم هر گاه:
1) متغیر یا متغیرهای تابع از توان یک باشند.
2) متغیر تابع یا متغیرهای تابع و مشتقات، ضریب متغیرهای تابعی و مشتقات آنها نباشند.
3) خود متغیر تابعی غیر خطی نباشد.
در غیر این صورت اگر هر کدام از شرطهای بالا نقص شود معادله دیفرانسیل غیر خطی است از معادلات مهم که ارائه کردیم معادلات (3)و(6)و(9)و(10) و(11) و(12) و(13) و (14) و (18) خطی هستند و معادله (4) (به دلیل حضور ) و (5) (به دلیل حضور )، (7) (به دلیل غیر خطی بودن ) و (8) (برای لا اقل غیر خطی بودن )
غیر خطی هستند. معادلات (16) و (17) می توانند خطی یا غیر خطی باشند.
همچنین می توان خطی بودن را نسبت به یک عامل از معادله دیفرانسیل، مانند متغیر تابع یا متغیرهای تابع، یا مشتق از مرتبه مشخصی تعیین نمود. این گونه معادلات نیمه خطی یا شبه خطی نامیده می شوند. مثلاً معادله
که یک معادله غیر خطی نسبت به متغیر تابع به دلیل حضور و همچنین به علت حضور است را می توان یک معادله خطی نسبت به مشتقات جزئی نامید. یک معادله دیفرانسیل مرتبه اول خطی معمولی به صورت کلی
3 روش های تکراری
روش قبل نشان داد که چگونه باید معادله تفاضلی لاپلاس را با ساختن یک دستگاه خاص از معادلات خطی و حل آن، حل کرد. نقطة ضعف این روش ذخیره سازی است. هر گره داخلی یک معادله وارد می کند که باید حل شود. چون تقریب های بهتر نیاز به شبکه با مربعهای ظریفتر ممکن است تعداد زیادی معادله لازم باشد برای مثال، جواب معادله لاپلاس با شرایط مرزی دیریکله نیاز به حل یک دستگاه معادله دارد. اگر به تعداد کمی مربع تقسیم شود مثلاً 10 در 10، 91 معادله و 91 مجهول یافت خواهد شد. بنابراین معقول است که تکنیکهایی را گسترش دهیم که مقدار ذخیره سازی را کاهش دهند. یک روش تکراری فقط نیاز به ذخیره سازی 100 تقریب عددی از سرتاسر شبکه دارد.
اجازه دهید با معادله لاپلاس
(18)
شروع کنیم. فرض کنید که مقادیر مرزی در نقاط زیر معلوم باشند.
(در طرف چپ) به ازای
(در پایین) به ازای
(19)
(در طرف راست) به ازای
(در بالا) به ازای
معادله (18) را دوباره به شکل زیر می نویسم که برای تکرارها مناسب است:
(20)
که در آن
به ازای
مقادیر آغازین برای نقاط داخلی شبکه باید فراهم شوند. ثابت ، که میانگین مقدار مرزی ارائه شده در (19) است، می تواند برای این هدف استفاده شود. یک تکرار از اجرای فرمول (20) درمورد تمام نقاط داخلی شبکه تشکیل می شود. تکرارهای متوالی عملگر تکراری لاپلاس
(20) را در مورد همه نقاط داخلی شبکه اجرا می کنند تا جملة مانده
در طرف راست (20) به صفر کاهش یابد.( یعنی به ازای هر
برقرار باشد) سرعت همگرایی برای کاهش همه مانده های
به صفر با استفاده از روشی که فوق تخفیف متوالی نامیده می شود افزایش می یابد. روش فوق تخفیف متوالی از فرمول تکراری زیر استفاده می شود:
(22)
که در آن پارامتر در دامنه قرار دارد. در روش فوق تخفیف متوالی فرمول (22) در سراسر شبکه اجرا می شود تا رابطه
برقرار گردد: انتخاب بهینه برای مبتنی بر مطالعه مقادیر ویژه ماتریسهای تکرار برای دستگاههای خطی است و در این حالت توسط فرمول زیر ارائه می شود:
(23)
اگر شرط مرزی نویمان بر روی قسمتی از مرز مشخص شود ما باید معادله (14) تا (17) را دوباره به شکلی بنویسیم که برای تکرار مناسب باشند. چهار حالت در زیر خلاصه شده اند و پارامتر تخفیف را نیز وارد کرده اند.
(24) (ضلع پایین)
(25) (ضلع بالا)
(26) (ضلع چپ)
(27) (ضلع راست)
مثال: از یک روش تکراری استفاده کنید و یک جواب تقریبی برای معادله لاپلاس در به دست آورید که در آن مقادیر مرزی عبارتند از:
به ازای
و
به ازای
حل: برای توضیح مربع را به 64 مربع با اضلاع تقسیم می کنیم. مقدار اولیه را در نقاط داخلی شبکه برابر به ازای هر
و قرار داده و سپس روش فوق تخفیف را با پارامتر (در فرمول (23) قرار داده شده اند) به کار می بریم. بعد از 19 تکرار مانده به صورت یکنواخت کاهش می یابد (یعنی ) تقریبهای حاصل در جدول زیر ارائه شده اند. به واسطة گسسته بودن تابع مرزی در گوشه ها مقادیر مرزی
در جدول و شکل وارد شده اند. اما در محاسبات مربوط نقاط داخلی شبکه استفاد ه نمی شوند. یک نمایش سه بعدی از داده ها نیز ارائه شده است.
فهرست
مقدمه – معرفی معادلات دیفرانسیل 4
بخش اول – حل عددی معادلات دیفرانسیل معمولی 20
فصل اول – معادلات دیفرانسیل معمولی تحت شرط اولیه 20
فصل دوم – معادلات دیفرانسیل معمولی تحت شرایط مرزی 66
فصل سوم – معادلات دیفرانسیل خطی 111
بخش دوم – حل عددی معادلات دیفرانسیل جزئی 125
فصل اول – حل معادلات عددی هذلولوی 128
فصل دوم – حل معادلات عددی سهموی 146
فصل سوم – حل معادلات عددی بیضوی 164
فصل چهارم – منحنی های مشخصه 184
کلیات معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی
مقدمه
یک معادله دیفرانسیل با مشتقات جزئی (یا نسبی) برای یک تابع رابطهای است که بین تابع مجهول u و متغیرهای مستقل آن (به تعداد متنابهی) و مشتقات جزئی تابع u نسبت به متغیرهای مستقل آن برقرار میباشد. تابع u را جوابی برای معادله دیفرانسیل فوق مینامیم هرگاه پس لز جایگزینی u(x,y,...) و مشتقات جزئی آن، این معادله دیفرانسیل نسبت به متغیرهای مستقل مذکور، درناحیه ای از فضای این متغیرهای مستقل تبدیل به یک اتحاد شود.
مرتبة یک معادلة دیفرانسیل با مشتقات جزئی بالاترین مرتبة مشتقات موجود در آن معادله است. مثلاً uuxy+uyux=f(x,y) یک معادله دیفرانسیل مرتبه دوم است. در اینجا و و
یک معادلعه دیفرانسیل با مشتقات جزئی را خطی گوئین هرگاه این معادله نسبت به تابع مجهول و مشتقات آن، با ضرایبی که فقط تابع متغیرهای مستقل هستند، خطی باشد. یک معادله با مشتقات جرئی از مرتبه m را شبه خطی گوئیم هرگاه این معادله نسبت به مشتقات جزئی مرتبه mام تابع مجهول، با ضرایبی که فقط تابع متغیرهای مستقل u و مشتقات از مرتبه کمتر از m هستند، خطی باشد (مانند مثال بالا) یک معادله دیفرانسیل با مشتقات جزئی خطی یک حالت خاص معادله شبه خطی است.
2- معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی مرتبه اول
معادله دیفرانسیل با مشتقات جزئی مرتبه اول خطی با ضرایب ثابت
به عنوان گام نخست معادلع دیفرانسیل (2-1) aux+buy+cu=f(xy) را درنظر میگیریم، که در آن تابع f داده شده و ضرایب ثابتاند. سعی میکنیم با تغییر متغیرهای ساده مانند (2-2) x=ay+a1 و y=by+b1 معادله دیفرانسیل با مشتقات جزئی (2-1) را به معادله دیفرانسیل ) uy+cu=f(ay+a1 , by +b1 تبدیل کنیم که مانند یک معادله دیفرانسیل معمولی خطی مرتبه اول با ضرایب ثابت نسبت به متغیر مستقل y حل میشود، منتها ثابت انتگرالگیری تابع دلخواهی از خواهد بود. بعد از حل بجای y و برحسب x و y جانشین میکنیم تا جواب u(x,y) حاصل شود البته لازمه این کار آنست که دترمیبنال ضرایب تغییر متغیرهای (2-C) غیرصفر باشد، سعنی مستقل بودن این متغیرها تضمین شود (این دترمینال ژاکوبی تغییر متغیرها است)
مثال ا
قضیه زیر یک روش حل معادله با مشتقات جزئی مرتبه اول شبه خطی را پیش روی ما میگذارد که فعلاً از بیان آن خودداری میکنیم.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
پیشگفتار ................................... 1
مقدمه ...................................... 2
تاریخچه شرکت و عملکرد امور اداری آن ......... 3-6
سیکل کاری خط تولید اکسل پیکان و RD ....... 7
ترتیب اعمال ماشینکاری ...................... 8
توضیح نحوه تولید ............................
چکیده :
در کل این پروژه ما ابتدا از توضیح دربارة قسمتهای اداری و آموزش تاریخچه شرکت و در مرحله بعد در قسمت تولید به زیر مجموعه کرانویل و پینیون پرداختیم و در انتهای پروژه نیز اشکال و فرمهای مربوط به دستگاه و خود دستگاه و ابزار کار را در پروژه عنوان کردیم.
پیش گفتار
موضوع این پروژه تولید قطعات خودرو میباشد که به دلیل ارتباط مستقیم با صنعت خودروسازی از اهمیت ویژهای برخوردار است.
اهمیت از آن لحاظ که تولید قطعه مانند تولید خودرو نمیتواند به صورت خطوط مونتاژ از خارج وارد شود بلکه باید قطعه با تکنولوژی وارد شود و از زمانی که قطعه در ریخته گری تولید تا زمانی که قطعه از عملیات حرارتی و سخت کاری در اختیار خطوط مونتاژ قرار میگیرد باید دارای خطوط با تکنولوژی سخت باشیم.
مقدمه
در کشور ما به دلایل مختلف از ورود تکنولوژی صنعتی محروم هستیم و خود این گویای تمام حقایق در قسمت قطعه سازان کشور میباشد.
محل این پروژه در شرکت محور سازان ایران خودرو میباشد که از قویترین شرکتهای زیر مجموعه ایران خودرو است. با تاریخ چه این شرکت در ادامه آشنا خواهم شد.
گفتنی است که خطوط تولید کرانول دپسیون این شرکت در کل کشور منحصر به فرد میباشد و در کل کشور در شرکت توانایی تولید این قطعات حساس را دارند.
ما در این پروژه در ابتدا با تاریخچه این شرکت و قسمت مختلف آن آشنا میشویم و در قسمت بعدی به سراغ خطوط تولید کرانول وپسیون میرویم و در انتهای یک ترجمه دقیق از دستگاههای بکار رفته در این خطوط را در اختیار قرار میدهیم.
تاریخچه کوتاه پیدایش شرکت صنعتی
محور سازان ایران خودرو (سهامی عام)
شرکت صنعتی محور سازان ایران خودرو از بزرگترین شرکتهای مجموعه ساز ایران خودرو است که در زمینه تولید و ساخت خودروهایی با معیارهای جهانی به کار میپردازد.
شرکت صنعتی محور سازان ایران خودرو در 16/10/1343 با سرمایه 60 میلیون در تهران تحت شمارهی 9643 با نام شرکت سهامی کنسرسیوم کارخانجات اتوبوس سازان به ثبت رسید و از سال 1345 طبق اساس نامه شرکت مبادرت به تولید اتوبوس و مینی بوس و وانت نمود و در 3/4/1352 نام شرکت به شرکت صنعتی خودرو سازان تغییر یافت.
در سال 1378 شرکت گسترش صنایع ایران خودرو با خرید 67% سهام از سازمان گسترش ونوسازی صنایع ایران و پیرو تصمیمات مجمع عمومی فوق العاده نام شرکت از شرکت صنعتی خودرو سازان ایران به شرکت صنعتی محور سازان ایران خودرو تغییر پیدا کرد.
سرمایه فعلی شرکت 100 میلیارد ریال است که از 100 میلیون سهم یک هزار ریالی تشکیل شده است و 67% آن متعلق به شرکت گسترش صنایع ایران خودرو و 33% دیگر در اختیار چندین سازمان سرمایه گذار و 1686 نفر اشخاص حقیقی میباشد.
در حال حاضر کارکنان شرکت اندکی بالاتر از 1000 تن است که 3/78 درصد در بخش تولید و پشتیبانی و 7/21 درصد کارکنان در واحدهای ستادی، اداری، تحقیق و توسعه، فروش و خدمات پس از فروش فعالیت میکنند.
بر اساس مصوبههای اخذ شده از سازمانهای قانونی، طرحهای توسعهی شرکت به شرح زیر است:
3. جایگزین کردن ماشین آلات جدید به منظور ارتقای سطح کیفی محصولات با همت و تلاش کارکنان، شرکت موفق به اخذ نظام مدیریت کیفیت ISO9002 در سال 1378 شد که بدنبال آن در سال 1379 با در نظر گرفتن بخش طراحی و بهینه سازی محصولات استاندارد ISO9001 نیز اخذ شد.
در سال 1380 شرکت موفق به اخذ ویرایش ISO9001 – 2000 و متعاقب آن معیارهای ویژه صنعت خودرو ISO / TS16949 گردید.
فهرست
عنوان صفحه
تاریخچه تاسیس ایران خودرو 1
ساخت سواری 2
دیفرانسیل (خودرو) 4
ساختمان و اجزای تشکیل دهنده ی دیفرانسیل 5
وظایف دیفرانسیل 6
تقلیل سرعت 7
تغییر جهت نیرو 7
تقسیم نیرو بر چرخ ها 8
انواع دیفرانسیل در خودروها 11
دیفرانسیل ساده 11
سیستم چهار چرخ محرک 11
دیفرانسیل کمک دار 12
جهت نیرو در دیفرانسیل خورشیدی 13
دیفرانسیل های بدون لغزش 14
حرکت آونگ و انتگرال بیضوی 16
صور مختلف معادلات دیفرانسیل 19
معادله دیفرانسیل همگن 20
معادلات دیفرانسیل خطی 21
معادله دیفرانسیل 22
منابع 23
تاریخچه تأسیس ایران خودرو
شرکت سهامی عام کارخانجات صنعتی ایران خودرو با هدف انجام امور تولیدی و صنعتی برای تأسیس کارخانجات اتوبوس سازی و ساخت قطعات و لوازم مختلف اتومبیل و تولیدی محصولات از این قبیل در تاریخ 27 مرداد ماه 1342 با سرمایه اولیه صد میلیون ریال و تعداد یک هزار سهم، یک هزار ریالی به ثبت رسید و از مهر ماه 1342 عملاً فعالیت خود را با تولید اتوبوس آغاز کرد. بر اساس اساسنامه شرکت که در تاریخ 18 آبان ماه 1354 در مجمع عمومی فوق العاده به تصویب رسید، شرکت مبلغ دو هزار میلیون ریال برآورد شد که این مبلغ تا سال 1357 به بیش از 13 میلیارد ریال افزایش یافت. به استناد صورت جلسه مجمع عمومی فوق العاده مورخ 30/3/1357 سرمایه شرکت ایران خودرو از مبلغ 13 میلیارد و 440 میلیون ریال به مبلغ 15 میلیارد و 680 ریال منقسم به 15 میلیون و 680 هزار ریال سهم یک هزار ریال افزایش یافت.
ایران خودرو از اولین شرکتهایی بود که قانون گسترش مالکیت واحدهای تولیدی را به نحو کامل اجرا کرد و 49 درصد سهام آن به کارکنان و مردم واگذار گردید. این شرکت به موجب بند الف قانون حفاظت و توسعه صنایع ایران مصوب سهام 16/4/1358 شورای انقلاب اسلامی به اعتبار نوع صنعت، ملی اعلام شد و به موجب مصوبه 28/2/1365 هیئت وزیران سهام شرکت از طرف دولت با نام سازمان گسترش و نوسازی صنایع ایران صادر شد و تحت پوشش این سازمان با مدیریت منتخب دولت به کار خود ادامه داد. شرکت سهامی عام کارخانجات صنعتی ایران ناسیونال با مجوز صادره از سوی هیئت عامل سازمان گسترش و نوسازی صنایع ایران در تاریخ 27/2/1362 بنام شرکت ایران خودرو (سهامی عام) تغییر یافت. در تاریخ 20/11/1370 طی مصوبه ای از سوی هیئت دولت اسامی و شرایط فروش سهام شرکت هایی را که می توانستند به بورس بروند تعیین شد و ایران خودرو اولین شرکت خودرو سازی بود که توانست خود را به بازار بورس تطبیق دهد. بر اساس اعلام سازمان مالی در مرداد ماه سال 1372 سرمایه شرکت بالغ بر 57 میلیارد ریال و تعداد سهام 57 میلیون سهم نیز بوده است و کل سهام متعلق به سازمان گسترش و نوسازی صنایع ایران است.
- ساخت سواری:
بر اساس پروانه مورخ اسفند ماه 1344 وزارت اقتصاد (صنایع و معادن) به کارخانجات صنعتی ایران ناسیونال (ایران خودرو فعلی) اجازه داده شد در مورد ساخت اتومبیل پیکان اقدام کند. اجازه تأسیس کارخانه ساخت انواع اتومبیل سواری از نوع چهار سیلندر در تاریخ 20/6/1345 به این شرکت داده شد. شرکت فوق سپس بر اساس قراردادی با کارخانه روتس انگلستان وابسته به گروه کرایسلر موفق به دریافت مجوز مونتاژ نوعی اتومبیل هیلمن هانتر و ساخت در ایران بنام پیکان شده در سال 1346 تأسیسات اتومبیل سازی پیکان با ظرفیت اولیه سالانه تولید 6 هزار دستگاه در سالن تولید پیکان استقرار یافت و پس از افتتاح این سالن در تاریخ 23/2/1346 ، اولین اتومبیلهای سواری امتیاز ساخت گروه سواری روتس سابق (کرایسلر بریتانیای فعلی) به تولید رسید.