第一次修改后

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二、问题分析
根据生活经验,我们需要将带子斜着缠绕在管道上,为此我们建立了一个简单的数学模型来解决这个问题,通过课上的讨论我们知道,在带子无重叠时使得用料最省,此时带子的最短长度为 (L:管长,C:圆管截面周长,W:带子宽)。但是,实际生活我们又会遇到这样一个问题,买来的带子通常要稍微多于实际所需要的,这时,我们就得另外建立一个模型,来考虑如何将买来的材料用完并且包扎得比较完美的问题。
六、结论:
包扎时每次重叠0.004m或0.008m时,长M=51m的带子刚好全部包扎在上面的管道上。
七、附录:Matlab指令
>>solve('15/x+sqrt(0.25-x^2)-51')
>>ans
=0.29645810870945941694756378665306 0.29179459291729851924330361735686
50.99924-
0.29412635081337896809543370200496
50.999245347922359974476941906798*i- 0.29412635081337896809543370200496
姓名:赵欣宇学号:201211131062
姓名:赵欣宇学号:201211131062
姓名:王晓波学号:201211131082
姓名:谢 清学号:201211131106
一、问题
用带子包扎管道,使带子全部包住管道,且用料最省。其中: 管长30m,管粗50cm , 带宽30cm.若有带长 M=51m,缠绕包扎上面的管道,多余的 60 cm 带子不打算裁掉,缠绕时允许带子互相重叠一部分,应该如何包扎这个管道?(计算结果精确到0.001)
三、假设
1)管道是直圆管,粗细一致;
2)带子等宽,无弹性,并且带宽要小于圆管截面周长;
3)为保持包扎过程的连续性以减少劳动量,在包扎过程中不将带子剪短;
4)包扎时带子每次重叠的部分相等;
四、符号说明:
C:管道截面周长
θ:倾斜角
W:带宽
L:管长
M:带长
五、建立模型:
与解决带子间互不重叠的问题同理,从带子的一角A点沿圆管母线方向画一条辅助线l,再在辅助线和带子边缘的焦点处画出圆管的横截面的切口线c,将画有辅助线的带子截下一段展开,平放在平面上如图所示。与带子间互不重叠的情况不同,母线和截口线不再相交于带子的边缘。
五、建立模型:
由于地面起伏连续变化,可以得到 , , , 均为关于 的连续函数。令 , ,f(θ)和g(θ)同样为θ的连续函数。由于桌子必有三条腿同时着地,所以必有两条相邻的桌脚同时着地,亦即对任意的旋转角, 和 少有一个为零,即 .
构造函数 ,同样可知h( )也为连续函数。假设在 时, 桌脚A、B着地,但C、D并未着地,即 , , 则有 . 则在位置 时,桌脚C、D同时着地,但A、B并未同时着地, 即 , , 则有 . 由于函数 在区间[ ]上连续,且在区间的两个端点异号,则由连续函数的介值定理可知 在区间[ ]中至少有一个零点。即存在 , 使得 , 得到 =0,即在位置 处桌子的四个脚全部着地。
三、假设
1)长方形桌子的四条腿等长,且垂直于桌面,四角连线呈平面长方形ABCD.
2)地面的起伏不是很大,而且是连续变化的。
3)移动桌子时绕桌子所呈的平面长方形的中心O点做逆时针方向转动,在转动过程中保证桌子至少有三个桌角着地,而且自始至终任何桌脚都不做垂直于地面的运动。
四、符号说明:
四角连线呈平面长方形ABCD,对角线的交点为O,以O点为原点在地面作直角坐标系xOy,用 表示方桌转动时A、C两点连线在地平面的方向与x轴的夹角。分别用 , , , 表示桌子转到位置 时桌脚A、B、C、D与地面的距离。
设带子重叠部分宽度为X,V=W-X,即带子去掉重叠部分之后的宽度。则问题变成用宽度为V的带子包扎管道,且带子间互不重叠。这样,可以继续套用原管道模型进行求解。
即求V,使得
代入M=51m,L=30m, C=50cm。
用matlab求解得V=0.296m或0.292m.
则管子重叠部分宽度为0.004m或者是0.008m.
姓名: 王晓波 学号:201211131082
姓名: 谢 清 学号:201211131106
一、问题
在起伏不平的地面上能不能让一张长方形桌子的四个脚同时着地?
二、问题分析
桌脚连线是长方形,长方形绕它的中心旋转表示了桌子的位置改变。因此,可以用旋转角度这一变量表示桌子的位置。桌子位于不同的位置,桌脚与地面之间的距离就不同,所以这个距离可以是旋转角度的函数。
六、模型求解(见模型建立过程)
七、结论:
在起伏不平的地面上能让一张长方形桌子的四个脚同时着地。