此页面显示了符号数学工具箱™中的傅里叶和反傅里叶变换的工作流。有关简单的示例,请参见傅里叶
和ifourier
.在这里,傅里叶变换的工作流程是通过计算梁的挠度由于一个力。相关的微分方程由傅里叶变换求解。
的傅里叶变换
傅里叶反变换是
符号工作流以自然的符号形式而不是数字形式进行计算。这种方法可以帮助您理解解决方案的属性并使用精确的符号值。只有在需要数字结果或无法按符号继续时,才用数字代替符号变量。有关详细信息,请参见选择数字或符号算术.通常,步骤是:
申报的方程。
解决方程。
替代的价值观。
阴谋的结果。
分析的结果。
傅里叶变换可用于求解常微分方程和偏微分方程。例如,你可以模拟在点力作用下,一根无限长的梁在弹性基础上的挠度。一个相应的现实例子是地基上的铁轨。轨道为无限长梁,基础为弹性梁。
让
E为梁(或轨道)的弹性。
我为梁截面面积的第二弯矩。
k为基础的弹簧刚度。
微分方程是
定义的函数y (x)
和变量。假设E
,我
,k
是积极的。
符号Y(x) w E I k f假设([E I k] > 0)
使用symunit
.
u = symunit;欧盟= E * u.Pa;%帕斯卡u = I*u * m^4;% meter^4 ku = k* un /u.m^2;%牛顿/米^2 X = X *u.m;F = F *联合国/ u.m;
定义微分方程。
Y = (u* u) + u/(u* u) + u/(u* u)
eqn (x) = diff (Y (x), x, x, x, x) * (1 / [m] ^ 4) + ((k * Y (x)) / (E * I)) * ([N] / ((Pa) * [m] ^ 6)) = =…(f / E * I)) * ([N] / ((Pa) * [m] ^ 5))
代表了力量f
狄拉克函数δ(
狄拉克eqn =潜艇(eqn f (x))
eqn (x) = diff (Y (x), x, x, x, x) * (1 / [m] ^ 4) + ((k * Y (x)) / (E * I)) * ([N] / ((Pa) * [m] ^ 6)) = =…(狄拉克(x) / (E *我))* ([N] / ((Pa) * [m] ^ 5))
计算的傅里叶变换eqn
通过使用傅里叶
双方eqn
.傅里叶变换将微分化为指数w
.
eqnFT =傅立叶(lhs(eqn)) ==傅立叶(rhs(eqn))
eqnFT = w ^ 4 *傅里叶(Y (x), x, w) * (1 / [m] ^ 4) + ((k *傅里叶(Y (x), x, w)) / (E *我))* ([N] / ((Pa) * [m] ^ 6))…= = (1 / (E *我))* ([N] / ((Pa) * [m] ^ 5))
隔离傅里叶(Y (x), x, w)
在方程。
分离(eqnFT,傅里叶(Y(x),x,w))
eqnFT =傅里叶(Y (x), x, w) = = (1 / (E *我* w ^ 4 * (Pa) * [m] ^ 2 + k * [N])) * [N] * [m]
计算Y (x)
通过计算右边的傅里叶反变换。简化的结果。
YSol = ifourier (rhs (eqnFT));YSol =简化(YSol)
YSol = ((exp (- (2 ^ (1/2) * k ^ (1/4) * abs (x)) / (2 * E ^(1/4) *我^ (1/4)))* sin ((2 * 2 ^ (1/2) * k ^ (1/4) * abs (x) +…π* E ^(1/4) *我^ (1/4))/ (4 * E ^(1/4) *我^ (1/4))))/ (2 * E ^(1/4) *我^ ^ (1/4)* k (3/4))) * [m]
检查YSol
替换后尺寸是否正确YSol
成eqn
和使用checkUnits
函数。checkUnits
返回逻辑1
(真正的
),这意味着eqn
现在有相同物理维度的兼容单位。
checkUnits(潜艇(eqn Y YSol))
ans = struct with fields: Consistent: 1 Compatible: 1
使用命令将表达式与单位分离separateUnits
.
YSol = separateUnits (YSol)
YSol = (exp (- (2 ^ (1/2) * k ^ (1/4) * abs (x)) / (2 * E ^(1/4) *我^ (1/4)))* sin ((2 * 2 ^ (1/2) * k ^ (1/4) * abs (x) +…π* E ^(1/4) *我^ (1/4))/ (4 * E ^(1/4) *我^ (1/4))))/ (2 * E ^(1/4) *我^ ^ (1/4)* k (3/4))
使用的值E= 106巴勒斯坦权力机构,我= 10-3米4,k = 106N / m2.将这些值代入YSol
并通过使用转换为浮点数vpa
精确到16位。
值= [1e6 1e-3 1e5];YSol = subs(YSol,[E I k],values);YSol = vpa (YSol, 16)
YSol = 0.0000158113883008419*exp(-2.23606797749979*abs(x))*sin(2.23606797749979*abs(x) +…0.7853981633974483)
用fplot
.
fplot(YSol) xlabel('x') ylabel('挠度y(x)')
从图中可以看出,点力引起的梁的挠度是高度局部性的。挠度在撞击点处最大,然后迅速减小。符号结果使您能够分析结果的属性,这在数值结果中是不可能的。
请注意,YSol
是一系列项的乘积。这个词与罪
表明响应是振动的振荡行为。这个词与经验值
结果表明,随着距离撞击点的距离增加,振荡行为迅速被指数衰减所抑制。