闭卷重建一维系统的建模四步的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
分析力学 · 小纸条
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闭卷重建多自由度与质量矩阵的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建含时广义坐标的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建耗散与 Rayleigh 函数的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建Lagrange 乘子与约束反力的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建实验:Euler–Lagrange 残差的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建从模型反查极限的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
核心:一般机械系统 T=1/2 qdot^T M(q,t)qdot+a(q,t)·qdot+T0,M 的耦合项来自坐标几何;算例/实验:推导双摆质量矩阵,检查对称性、正定性与小角极限;反例:质量矩阵非对角不等于存在势耦合;它可能纯粹来自动能几何。
核心:选 q、写 T 与 V、构造 L=T-V、计算 d/dt L_qdot-L_q=Q_nc;每步都需量纲与极限检查;算例/实验:完整推导 Atwood 机的方程和加速度,并回到牛顿法核对;反例:把常量误删前要确认它不依赖 q、qdot、t;含时全导数另有作用。
核心:线性黏性阻尼可用 R=1/2 qdot^T C qdot 表示,方程右侧加入 -∂R/∂qdot;算例/实验:对阻尼振子推导能量衰减率 dE/dt=-c qdot²;反例:干摩擦和滞后一般不能由二次 Rayleigh 函数完整表示。
核心:坐标映射显含时间会让 L 出现速度线性项和显含时项,但 Euler–Lagrange 形式保持;算例/实验:推导水平匀速移动支点单摆;再让支点加速,比较驱动项;反例:参考系变换后能量函数与原机械能未必相同。
核心:给定离散 q(t),用中心差分估计 qdot、qddot 并计算 m qddot+V'(q) 的残差范数;算例/实验:对谐振子解析轨道采样,比较步长减半后的二阶收敛;反例:差分端点与噪声会放大误差;残差小不保证初边值条件正确。
核心:保留冗余坐标时写 d/dt L_qdot-L_q=Σ_a λ_a ∂f_a/∂q,连同 f_a=0 联立求运动与反力;算例/实验:用乘子法求圆环上小珠运动,并把 λ 解释成法向反力组合;反例:λ 的符号和量纲依赖约束函数归一化,不能脱离 f_a 直接解释。
核心:令耦合、驱动、阻尼或几何参数趋于零,方程应连续退化到已知模型;量纲和对称性是最低成本审计;算例/实验:对双摆、转动圆环和阻尼振子各做一次极限检查,定位一个故意植入的符号错;反例:极限正确只是必要条件,不是完整正确性证明。