Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Постановка задачи
• 2. Теоретическая часть
• 3. Разработка программы в среде Delphi
• 3.1 Описания алгоритма решения задачи. Блок-схема алгоритма
• 3.2 Разработка пользовательского интерфейса
• 3.3 Тестирование программы
• 4. Разработка программы в среде Mathcad
• 4.1 Тестирование программы
• Выводы
• Список использованных источников
• Приложение А. Код программы в Delphi
• Приложение Б. Графики зависимости координат точек А и В от времени
• Приложение В. Графики зависимости скорости от времени



Введение

Компьютеризация инженерных задач - один из основных путей повышения производительности в сфере подготовки производства машиностроительного предприятия. Применение математических методов и ЭВМ при расчётах способствует повышению технического уровня и качества проектируемых объектов, сокращению сроков разработки и освоения их в производстве. Широкое использование вычислительной техники во всех этих сферах деятельности современного инженера предъявляет к его профессиональной квалификации ряд дополнительных требований, заключающихся в овладении новыми информационными, в значительной мере формализованными технологиями инженерного труда.

Цель выполнения курсовой работы по информатике - научиться применять полученные в результате изучения дисциплины "Информатика" знания, а также приобретенные умения и навыки использования персонального компьютера для решения вычислительных инженерных задач для решения задачи, требующей наличия элементов исследования в решении; сравнить результаты решения задачи, полученные с помощью различных средств (а в некоторых заданиях и методов); оценить эффективность каждого из использованных средств с точки зрения простоты использования, точности полученных результатов и быстроты их получения.

Объектом работы является шарнирный четырехзвенник.

Программа, которая будет разработана в этом отчете, должна включать следующие функции:

1. Найденные координаты точек А и В в момент времени t;

2. Расчёты характеристик скорости точки B;

3. Решения задачи в аналитическом виде;

4. Решения задачи в графическом виде.

Для выполнения работы, необходимо решить следующие задачи:

· получить аналитические выражения для координат и скоростей точек A и B в зависимости от времени;

· создать программу на языке Delphi для расчёта координат и скоростей точек A и B в зависимости от времени. Результаты оформить в виде таблицы и графиков;

· промоделировать движение системы путем графической анимации;

· создать проект в среде MathCAD для расчёта координат и скоростей точек A и B в зависимости от времени. Результаты оформить в виде таблицы и графиков;

· провести анализ полученных результатов;

· сделать выводы.



1. Постановка задачи

Необходимо определить кинематические характеристики кривошипно-ползунного механизма, описанного схемой (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Схема механизма

Таблица 1.1 - Исходные данные

№ вар.		, м			Закон движения
11	1	4	4	1		10



2. Теоретическая часть

Для нахождения кинематических характеристик простого механизма будем использовать аналитический метод. Для этого необходимо решить две задачи. Это задача о положениях и задача о передаточных функциях.

Все последующий формулы выбраны исходя из рекомендаций Девойно.

Задача о положениях:

(2.1)

(2.2)

(2.3)

(2.4)

(2.5)

где - длины первого и второго звеньев соответственно;

- координаты точки А по осям X и Y;

- координаты точки B по осям X и Y;

- угол между первым звеном и осью ОХ;

- угол между вторым звеном и прямой, параллельной ОХ приложенной в точке А;

Теперь необходимо определить скорости точек А и В, для этого необходимо решить задачу о передаточных функциях:

(2.5)

(2.6)

Скорость в точке А вычислим по формуле 2.7

(2.7)

Далее мы можем найти проекции скоростей точки В на оси X и Y:

(2.8)

(2.9)



3. Разработка программы в среде Delphi

3.1 Описания алгоритма решения задачи. Блок-схема алгоритма

Описание алгоритма реализации

1) Вводим начальные данные l1, l2, XB, YB, w

2) Находим значение промежуточных вычислений:

· XA - по формуле 2.1

· YA - по формуле 2.2

· XB - по формуле 2.3

· YB - по формуле 2.4

· VA - по формуле 2.7

· VB - по формуле 2.10

Схема алгоритма решения на рисунке 3.1

3.2 Разработка пользовательского интерфейса

Используемые идентификаторы представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Таблица идентификаторов

Математическое обозначение

Delphi

L1

L2

xa

ya

xb

yb

vax

vbx

vby

vay

t

va

vb

Описание среды программирования Delphi.

Программа в среде Delphi составляется как описание алгоритмов, которые будут выполняться, если возникает определенное событие, связанное с формой или с какимлибо из размещенных на ней компонентов. Для каждого обрабатываемого события с помощью страницы Events инспектора объектов в тексте программы организуется процедура (procedure), между ключевыми словами begin и end которой программист записывает на языке ObjectPascal требуемый алгоритм.

Проект программы в Delphi состоит из, собственно, файла проекта (файл с расширением.dpr), одного или нескольких файлов исходного текста (с расширением.pas), файлов с описанием окон формы (с расширением.dfm) и еще нескольких вспомогательных файлов.

В файле проекта находится информация о модулях, составляющих данный проект. Файл проекта автоматически создается и редактируется средой Delphi и не предназначен для редактирования.

Файл исходного текста - программный модуль (Unit) предназначен для размещения в нем программистом текстов программ на языке Pascal.

Окно формы представляет собой проект Windows-окна программы. На этом окне в процессе написания программы размещаются необходимые компоненты. кривошипный кинематическая delphi mathcad

Форма программы должна содержать следующие элементы интерфейса:

1) Исходные данные;

2) Решение задачи, представленное в виде таблицы и графика зависимости;

3) Анимация движения механизма.

Описание кнопок, расположенных на главной форме программы:

1. Кнопка "Считать" запускает алгоритм приложения, выполняя необходимые по условиям курсовой работы расчёты.

2. Кнопка "Пуск анимации" запускает алгоритм прорисовки анимации движения механизма.

Интерфейс разработанного приложения довольно прост и удобен в использовании. Состоит из следующих компонентов:

Label - служит для отображения текста на экране. Использованы следующие свойства компонента:

· AutoSize - включает автоматическое изменение размеров формы согласно позициям размещённых на ней элементов.

· Font - шрифт, используемый на форме.

· Visible - определяет видимость формы на экране.

· Width - ширина окна в пикселах, включая границы.

· Caption - текст заголовка формы.

Рисунок 3.2 - Форма программы

Edit - стандартный управляющий элемент Windows для ввода. Он может быть использован для отображения короткого фрагмента текста и позволяет пользователю вводить текст во время выполнения программы. Так же может быть использован и для вывода текстовой информации. Использованы следующие свойства компонента:

· Name - имя формы как объекта. Может содержать только латинские буквы, цифры и знак подчёркивания, и не может начинаться с цифры. Фактически, это то имя, по которому в программе можно обратиться к форме.

· AutoSize - включает автоматическое изменение размеров формы согласно позициям размещённых на ней элементов.

· Font - шрифт, используемый на форме.

· Visible - определяет видимость формы на экране.

· Width - ширина окна в пикселах, включая границы.

Chart - компонент предназначен для графического представления числовых данных.

· Color - цвет формы.

· Name - имя формы как объекта. Может содержать только латинские буквы, цифры и знак подчёркивания, и не может начинаться с цифры. Фактически, это то имя, по которому в программе можно обратиться к форме.

· AutoSize - включает автоматическое изменение размеров формы согласно позициям размещённых на ней элементов.

· Font - шрифт, используемый на форме.

· Visible - определяет видимость формы на экране.

StringGrid - компонент, представляющий текстовые данные в виде таблицы. Использовались следующие свойства:

· Cells [Acol,Arow]- Определяет содержимое ячейки с табличными координатами (Acol,Arow).

· Color - цвет формы.

· Name - имя формы как объекта. Может содержать только латинские буквы, цифры и знак подчёркивания, и не может начинаться с цифры. Фактически, это то имя, по которому в программе можно обратиться к форме.

· AutoSize - включает автоматическое изменение размеров формы согласно позициям размещённых на ней элементов.

· Font - шрифт, используемый на форме.

· Visible - определяет видимость формы на экране.

PageControl - компонент, позволяющий создавать несколько объемных страниц на форме.

· AutoSize - включает автоматическое изменение размеров формы согласно позициям, размещённых на ней элементов.

· Font - шрифт, используемый на форме.

· Visible - определяет видимость формы на экране.

· Width - ширина окна в пикселах, включая границы.

· Caption - текст заголовка формы.

Сanvas - компонент, позволяющийотрисовывать анимацию по координатам. Использовались следующие методы:

· MoveTo - Перемещение пера без прорисовки линии.

· LineTo - Линии.

· Poligon - Заполненного многоугольника.

3.3 Тестирование программы

Результаты расчетов представлены на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 - Полученное решение задачи в виде численных значений, занесенных в таблицу



4. Разработка программы в среде Mathcad

4.1 Тестирование программы

Таблица 4.1 - Таблица идентификаторов

Математическое обозначение

MathCad

l1

l2

l3

Xb

Xa

Yb

Ya

Vax

Vay

Vbx

Vby

W

T

Описание программы MathCad. MathCad - система компьютерной алгебры из класса систем автоматизированного проектирования, ориентированная на подготовку интерактивных документов с вычислениями и визуальным сопровождением, отличается легкостью использования и применения для коллективной работы.

Рисунок 4.1 - Промежуточные расчеты в MathCad

Панели управления открывают с помощью меню View (Вид) или кнопками панели управления Math (Математика).

Теперь начальное условие задачи подставим для рассчета в математический пакет MathСad, получим окно с промежуточными расчетами, представленное на рисунке 3.3.

Рисунок 4.2 - Решение задачи в MathCad



Выводы

В данной работе необходимо было найти значения кинематических характеристик на интервале времени, что и было выполнено на практике при помощи Delphi, а также MathCad. По заданному закону движения, из условия моего варианта, я нашел координаты точек A,B, а также их скорости, в Delphi. Эти формулы что использовал в Delphi перенес в MathCad и также нашел координаты точек A,B,а также их скорости. В результате выполнения были получены абсолютно одинаковые результаты, что показывает о правильности выполнения работы.

Среда Delphi является очень удобной при решении такого рода задач, так как позволяет не с большой точностью с помощью программного кода найти корни того или иного уравнения, таким образом, для достижения наибольшей точности в расчетах лучше использовать программу Delphi.

MathCad также позволяет решать системы уравнений и простые уравнения, но отличается от Delphi главным образом тем, что в её входном языке (MathCad), который максимально приближён к естественному математическому языку (многие функции уже заложены разработчиками, что значительно упрощает задачу), это говорит о том, что в отличие от программы Delphi MathCad более удобен и более легок при решении.



Список использованных источников

1. Плис А.И., Сливина Н.А., MathCad. Математический практикум для инженеров и экономистов: Учеб.пособие. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.:Финансы и статистика, 2003-656 ст.

2. И.И. Артоболевский. Теория механизмов и машин; Издание 4; Москва, 1988г - 113ст.

3. Культин Н.Б., Delphi в задачах и примерах. - СПб.: БХВ. - Петербург, 2003-288 ст.

4. Марков Е.П. Программирование в Delphi 7 / П.Г. Дарахвелидае, Е.П. Марков-СПб.: БХВ-Петербург, 2003 г. - 784 с: ил.

5. Наранович О.И., Скобля С. Г. Информатика: методические указания и задания к лабораторным работам для студентов 2-го курса дневной формы обучения специальностей 40 01 02, 36 01 03, 36 01 01. Часть 3. - Барановичи: БарГУ, 2005.

6. Положение о курсовых работах (проектах) №01-01; МО Республики Беларусь, БарГУ. - Барановичи, 2007.

7. Фаронов В.В., Delphi. Программирование на языке высокого уровня: Учебник для ВУЗов. - СПб.: Питер, 2005-640 ст.



Приложение А. Код программы в Delphi

unit Unit1;

interface

uses

Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,

Dialogs, StdCtrls, ExtCtrls, Grids, jpeg, TeeProcs, TeEngine, Chart,

Series, Menus, ComCtrls;

type

TForm1 = class(TForm)

Panel1: TPanel;

Edit1: TEdit;

Edit2: TEdit;

Edit3: TEdit;

Edit4: TEdit;

Label1: TLabel;

Label2: TLabel;

Label3: TLabel;

Label4: TLabel;

Edit5: TEdit;

Label5: TLabel;

StringGrid1: TStringGrid;

StringGrid2: TStringGrid;

StringGrid3: TStringGrid;

Label8: TLabel;

Label9: TLabel;

Button1: TButton;

Button2: TButton;

Button3: TButton;

Label10: TLabel;

Label11: TLabel;

MainMenu1: TMainMenu;

N1: TMenuItem;

N3: TMenuItem;

N6: TMenuItem;

PageControl1: TPageControl;

TabSheet1: TTabSheet;

TabSheet2: TTabSheet;

TabSheet3: TTabSheet;

Chart1: TChart;

Chart2: TChart;

Chart3: TChart;

Series1: TLineSeries;

Series2: TLineSeries;

Series3: TLineSeries;

Series4: TLineSeries;

Image2: TImage;

Button4: TButton;

Button5: TButton;

Timer1: TTimer;

SaveDialog1: TSaveDialog;

procedure Button3Click(Sender: TObject);

procedure Button2Click(Sender: TObject);

procedure Button1Click(Sender: TObject);

procedure N6Click(Sender: TObject);

procedure Button4Click(Sender: TObject);

procedure Button5Click(Sender: TObject);

procedure FormCreate(Sender: TObject);

procedure Timer1Timer(Sender: TObject);

procedure N3Click(Sender: TObject);

private

{ Private declarations }

public

{ Public declarations }

end;

var

Form1: TForm1;

L1, w, fi2, L2,fi1,t,Vax,Vay,Vbx,Vby, Va, Vb, Xa, Xb, Ya, Yb:real;

i,it,k:integer;

implementation

{$R *.dfm}

procedure TForm1.Button3Click(Sender: TObject);

begin

Close;

end;

procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject);

begin

series1.Clear;

series2.Clear;

series3.Clear;

series4.Clear;

end;

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);

begin

L1:=strtofloat(edit1.text);

L2:=strtofloat(edit3.text);

Xb:=strtofloat(edit2.text);

Yb:=strtofloat(edit4.text);

w:=strtofloat(edit5.text);

t:=0.01;

i:=1;

stringgrid1.Cells [0,0]:='Время';

stringgrid1.Cells [1,0]:='Угол Фи';

stringgrid2.Cells [0,0]:='X';

stringgrid2.Cells [1,0]:='Y';

stringgrid3.Cells [0,0]:='X';

stringgrid3.Cells [1,0]:='Y';

stringgrid1.Cells [2,0]:='Скорость точки А';

stringgrid1.Cells [3,0]:='Скорость точки Б';

while t<=2.3 do begin

fi1:=-(w*sqrt(t)+3.14/3);

Xa:=L1*cos(fi1);

Ya:=L1*sin(fi1);

Vax:=(w*l1*t*sin(-w*sqrt(t)-1.05))/(2*sqrt(t));

Vay:=-(w*l1*t*cos(-w*sqrt(t)-1.05))/(2*sqrt(t));

Va:=sqrt(sqr(Vax)+sqr(Vay));

fi2:=sin((yb-l1*sin(fi1))/l2);

Xb:=l1*cos(fi1)+l2*cos(fi2);

Vbx:=(w*l1*sin(-w*sqrt(t)-1.05))/(2*sqrt(t))-(w*l1*cos(-w*sqrt(t)-1.05)*(yb-l1*sin(-w*sqrt(t)-1.05)))/((2*sqrt(t)*l2)*sqrt(abs(1-sqr(yb-l1*sin(-w*sqrt(t)-1.05))/(l2*l2))));

Vby:=0;

Vb:=sqrt(sqr(Vbx)+sqr(Vby));

stringgrid1.Cells [0,i]:=floattostr(t);

stringgrid1.Cells [1,i]:=floattostrf(fi1,ffgeneral,3,2);

stringgrid2.Cells [0,i]:=floattostrf(Xa,ffgeneral,3,2);

stringgrid2.Cells [1,i]:=floattostrf(Ya,ffgeneral,3,2);

stringgrid3.Cells [0,i]:=floattostrf(Xb,ffgeneral,3,2);

stringgrid3.Cells [1,i]:=floattostrf(Yb,ffgeneral,3,2);

stringgrid1.Cells [2,i]:=floattostrf(Va,ffgeneral,3,2);

stringgrid1.Cells [3,i]:=floattostrf(Vb,ffgeneral,4,2);

t:=t+0.01; i:=i+1;

series1.AddXY(t,Vb);

series2.AddXY(t,Xa);

series3.AddXY(t,Ya);

series4.AddXY(t,Xb);

end;

end;

procedure PaintA(img: TImage; Ax,Ay,Bx,By:real);

var

dx,dy:integer;

begin

dx:=290;

dy:=100;

k:=15;

//рисование оси Оy т. В

img.Canvas.MoveTo(dx,img.Height-dy);

img.Canvas.LineTo(dx,dy);

img.Canvas.LineTo(dx-5,dy+10);

img.Canvas.MoveTo(dx,dy);

img.Canvas.LineTo(dx+5,dy+10);

//рисование оси Оx

img.Canvas.MoveTo(dx,img.Height-dy);

img.Canvas.LineTo(img.Width-dx+200,img.Height-dy);

img.Canvas.LineTo(img.Width-dx+190,img.Height-dy-8);

img.Canvas.MoveTo(img.Width-dx+200,img.Height-dy);

img.Canvas.LineTo(img.Width-dx+190,img.Height-dy+8);

//Рисование L1

img.Canvas.MoveTo(dx,img.Height-dy);

img.Canvas.LineTo(dx+Trunc(Ax*k),img.Height-dy-Trunc(Ay*k));

//Рисование L2

img.Canvas.LineTo(dx+Trunc(Bx*k)+150,img.Height-dy-Trunc(By*k));

//рисование прямоугольника

img.Canvas.Rectangle(dx+Trunc(Bx*k)+150,img.Height-dy-Trunc(By*k)-5,

dx+Trunc(Bx*k)+200,img.Height-dy-Trunc(By*k)+10);

//подпись осей

img.Canvas.TextOut(img.Width-dx+210,img.Height-dy,'X');

img.Canvas.TextOut(dx-15,dy,'Y');

img.Canvas.TextOut(dx-10,img.Height-dy-10,'O');

//подпись точки А

img.Canvas.TextOut(dx+Trunc(Ax*k),img.Height-dy-Trunc(Ay*k)-15,'A');

//подпись точки B

img.Canvas.TextOut(dx+Trunc(Bx*k)+180,img.Height-dy-Trunc(By*k)-20,'B');

//рисование треугольника

img.Canvas.Polygon([Point(dx,img.Height-dy),

Point(dx-10,img.Height-dy+15),

Point(dx+10,img.Height-dy+15)]);

//штрихи

img.Canvas.MoveTo(dx-10,img.Height-dy+15);

img.Canvas.LineTo(dx-8,img.Height-dy+19);

img.Canvas.MoveTo(dx-6,img.Height-dy+15);

img.Canvas.LineTo(dx-4,img.Height-dy+19);

img.Canvas.MoveTo(dx-2,img.Height-dy+15);

img.Canvas.LineTo(dx,img.Height-dy+19);

img.Canvas.MoveTo(dx+2,img.Height-dy+15);

img.Canvas.LineTo(dx+4,img.Height-dy+19);

img.Canvas.MoveTo(dx+6,img.Height-dy+15);

img.Canvas.LineTo(dx+8,img.Height-dy+19);

img.Canvas.MoveTo(dx+10,img.Height-dy+15);

img.Canvas.LineTo(dx+12,img.Height-dy+19);

end;

procedure TForm1.N6Click(Sender: TObject);

begin

close;

end;

procedure TForm1.Button4Click(Sender: TObject);

begin

Timer1.Enabled:=true;

end;

procedure TForm1.Button5Click(Sender: TObject);

begin

Timer1.Enabled:=false;

end;

procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);

var

Ax0,Ay0,Bx0,By0:real;

begin

//рассчёт начальных координат т. А

Ax0:=3*cos(cos(3.14/6)); //при t=0

Ay0:=3*sin(cos(3.14/6)); //при t=0

//начальные координаты

Bx0:=4;

By0:=1;

PaintA(Image2,Ax0,Ay0,Bx0,By0);

it:=1;

end;

procedure TForm1.Timer1Timer(Sender: TObject);

var

Ax0,Ay0,Bx0,By0:real;

begin

//очистка канвы

Image2.Canvas.Brush.Color:=ClWhite;

Image2.Canvas.FillRect(Image2.Canvas.ClipRect);

//рассчёт начальных координат т. А

Ax0:=-StrToFloat(StringGrid2.Cells [0,it]);

Ay0:=StrToFloat(StringGrid2.Cells [1,it]);

//начальные координаты

Bx0:=-StrToFloat(StringGrid3.Cells [0,it]);

By0:=StrToFloat(StringGrid3.Cells [1,it]);

PaintA(Image2,Ax0,Ay0,Bx0,By0);

it:=it+1;

if(it=230) then it:=42;

end;

procedure TForm1.N3Click(Sender: TObject);

Var I: Byte;

F: TextFile;

S: String;

begin

with SaveDialog1 do

if Execute then

AssignFile(F, filename);

Rewrite(F);

For I:= 0 to StringGrid1.RowCount - 1 do begin

S:=StringGrid1.Cells [0,I]+' | '+ StringGrid1.Cells [1,I]+' | '+ StringGrid1.Cells [2,I]+' | '+StringGrid1.Cells [3,I]+' | '+StringGrid2.Cells [0,I]+' | '+StringGrid2.Cells [1,I]+' | '+StringGrid3.Cells [0,I]+' | '+StringGrid3.Cells [1,I];

Writeln(F,S);

end;

end;

end.



Приложение Б. Графики зависимости координат точек А и В от времени

Рисунок Б.1 - Графики зависимости координат точек А от времени в Delphi

Рисунок Б.2 - График зависимости координаты точки В от времени в Delphi



Рисунок Б.3 - Графики зависимости координат точек А от времени в MathCad

Рисунок Б.4 - Графики зависимости координат точек B от времени в MathCad



Приложение В. Графики зависимости скорости от времени

Рисунок В.1 - График зависимости скорости от времени в Delphi

Рисунок В.2 - График зависимости скорости от времени в MathCad

Размещено на Allbest.ru