Système de 2 équations différentielles de degré 2

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leplubodeslapin
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Système de 2 équations différentielles de degré 2

par leplubodeslapin » 23 Déc 2012, 21:10

Bonjour,

Je réalise pour l'école une étude sur les suspensions actives de véhicule avec à l'intérieur une analyse théorique du comportement d'une suspension classique. J'ai réussi à obtenir les équations dynamiques du modèle que j'ai créé, voilà ce que j'ai :

Image

Variables connues :
m2 et m3 les masses de 2 solides
c le coefficient d'amortissement de ma glissière
k1 et k2 les coef de raideur de mes ressorts
AB0 et CD0 les longueurs à vide de mes ressorts

Et j'ai donc 2 variables : u1 et u2 définissant les longueur à l'instant t des 2 ressorts. Je ne sais pas si c'est utile de préciser mais quand il y a 1 point au dessus d'une variable ça signifie que c'est une dérivée simple par rapport au temps et quand y en a 2, c'est une double.

J'ai donc un système de 2 équations différentielles de degré 2, avec 2 variables pour lesquelles je veux définir la valeur en fonction du temps (u1(t) et u2(t)). Je ne sais pas comment traiter ce système, quelqu'un pourrait-il me donner une piste, une astuce ou autre ?

Voilà, j'espère que c'est traitable, merci pour votre aide.



DamX
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par DamX » 23 Déc 2012, 22:31

Bonjour,

Tu peux essayer de mettre ton équation sous forme matricielle.

Si tu poses , tu peux écrire ton système d'équations sous la forme :



avec M une matrice 4x4 et B un vecteur colonne. Ca se résout avec une exponentielle de matrices, la subtilité étant que si tu veux avoir une solution complètement analytique, tu dois diagonaliser M, auquel cas l'exponentielle de matrices s'écrit très simplement. Mais pour ça il faudrait justement diagonaliser la matrice, et je ne suis pas sur que tu puisses trouver des formules pour le faire avec tous tes paramètres. Donc en résumé tout dépend de ce que tu cherches, si tu veux une solution "semi-numérique", ma piste doit fonctionner je pense (je n'ai pas fait les calculs) mais je ne sais pas si ça te donnera une solution analytique complète (à cause de l'exponentielle de matrice/diagonalisation).

En espérant que ça t'aide,

Damien

leplubodeslapin
Messages: 2
Enregistré le: 23 Déc 2012, 16:45

par leplubodeslapin » 24 Déc 2012, 00:12

Bonsoir,

Merci pour la réponse déjà, c'est vers une histoire de matrice qu'il faut que je m'oriente je pense aussi. En fait j'ai retrouvé un TD de physique du solide où on utilisait les matrices, je te montre la méthode que l'on employait :

On posait une matrice [X] = [u1" , u2"] (en colonne) et on écrivait le système sous cette forme :
[A][X]=[B] où [A] contient les composantes en degré 2 et [B] contient ce qui reste (les u', les u et les restes). [A] est une matrice 2*2 et [B] une matrice colonne à 2 lignes.

On multipliait à gauche par l'inverse de A que je noterai "[A]-1" :
[A]-1[A][X] = [A]-1[B]
Et donc [X] = [A]-1[B] qu'on proposait de résoudre avec un logiciel, mais on est pas allé plus loin.
J'ai une licence de 2 mois pour Maple 16, j'imagine que je peux résoudre ça avec.

J'ai un peu l'impression que c'est une technique différente de la tienne mais au final assez proche. Après je ne sais pas ce qu'est cette notion d'exponentielle de matrice. Et pour diagonaliser la matrice c'est sûr ça va pas être la joie ahah, après c'est de la physique y aura assez peu d'étude de cas (en général les valeurs sont toujours positives je veux dire).
J'ai les valeurs des masses m2 et m3, les constantes c, k1 et k2 mais j'ai pas AB0 et CD0 que j'aimerai pouvoir modifier facilement pour dimensionner ma suspension.

Du coup, tu me conseilles de partir plutôt sur ta méthode ou celle que j'avais vue en TD ? (Je travaille sur un sujet bien différent de la matière où j'ai vu ce TD, c'est un travail personnel non-guidé c'est à moi de choisir les outils que je veux)

DamX
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par DamX » 24 Déc 2012, 00:47

leplubodeslapin a écrit:Bonsoir,

Merci pour la réponse déjà, c'est vers une histoire de matrice qu'il faut que je m'oriente je pense aussi. En fait j'ai retrouvé un TD de physique du solide où on utilisait les matrices, je te montre la méthode que l'on employait :

On posait une matrice [X] = [u1" , u2"] (en colonne) et on écrivait le système sous cette forme :
[A][X]=[B] où [A] contient les composantes en degré 2 et [B] contient ce qui reste (les u', les u et les restes). [A] est une matrice 2*2 et [B] une matrice colonne à 2 lignes.

On multipliait à gauche par l'inverse de A que je noterai "[A]-1" :
[A]-1[A][X] = [A]-1[B]
Et donc [X] = [A]-1[B] qu'on proposait de résoudre avec un logiciel, mais on est pas allé plus loin.
J'ai une licence de 2 mois pour Maple 16, j'imagine que je peux résoudre ça avec.

J'ai un peu l'impression que c'est une technique différente de la tienne mais au final assez proche. Après je ne sais pas ce qu'est cette notion d'exponentielle de matrice. Et pour diagonaliser la matrice c'est sûr ça va pas être la joie ahah, après c'est de la physique y aura assez peu d'étude de cas (en général les valeurs sont toujours positives je veux dire).
J'ai les valeurs des masses m2 et m3, les constantes c, k1 et k2 mais j'ai pas AB0 et CD0 que j'aimerai pouvoir modifier facilement pour dimensionner ma suspension.

Du coup, tu me conseilles de partir plutôt sur ta méthode ou celle que j'avais vue en TD ? (Je travaille sur un sujet bien différent de la matière où j'ai vu ce TD, c'est un travail personnel non-guidé c'est à moi de choisir les outils que je veux)

Je n'ai pas compris la méthode que tu avais déjà utilisé donc je ne peux pas vraiment t'orienter entre les deux.. En tout cas au sujet de l'exponentielle de matrice, elle est définie par la Meme série entière que pour des réels, mais avec une matrice. Et les deux grandes propriétés sont que si P est une matrice de passage, tu as et si D est une matrice diagonale alors exp(D) est une matrice diagonale avec l'exponentielle des coefficients de D. C'est pour quoi si tu peux diagonaliser ta matrice M, le calcul de l'exponentiel se fait très bien Grace à ces deux propriétés.

pour plus d'informations sur l'exponentielle de matrice et les systèmes linéaires d'equations différentiels :
[url]http://fr.m.wikiversity.org/wiki/Équation_différentielle_linéaire/Généralisation,_notation_matricielle[/url]
(ce n'est pas exactement le Meme cas toi tu as deux fonctions distinctes mais Ca doit pouvoir s'adapter).

Comme apparemment tu peux utiliser malta, il pourrait faire la diagonalisation pour toi.

Étant donné que je n'ai pas testé moi Meme cette solution dans ton cas à deu fonctions, je ne garantis pas que c'est la meilleure chose à faire et j'espère ne pas t'aiguiller sur une fausse piste.

Damien

DamX
Membre Rationnel
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par DamX » 24 Déc 2012, 00:52

Ah si j'ai peut être compris la technique dont tu parles, c'était un calcul que tu effectuais à chaque "pas de temps" pour faire évoluer ton système ? et donc c'est une solution vraiment numérique ?

Si c'est bien ça alors ma technique (si tant est quelle fonctionne sur ce cas de figure) est "plus exacte" au sens ou tu auras peut être une approximation numérique lors de la diagonalisation si nécessaire, mais ensuite tu calculeras analytiquement à partir de ça toute la trajectoire de u1 et u2, d'où mon terme "semi-numérique".

Damien

 

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