悬链线方程(悬链线方程是什么)

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悬链线方程是什么

悬链线方程(悬链线方程是什么)

适当选择坐标系后,悬链线的方程是一个双曲余弦函数,其标准方程为:y=acosh(x/a),其中,a为曲线顶点到横坐标轴的距离。

悬链线(Catenary)指的是一种曲线,指两端固定的一条(粗细与质量分布)均匀、柔软(不能伸长)的链条,在重力的作用下所具有的曲线形状,例如悬索桥等,因其与两端固定的绳子在均匀引力作用下下垂相似而得名。

双曲余弦函数

双曲余弦函数是双曲函数的一种。三角函数分正弦sin、余弦cos、正切tan、余切cot、正割sec、余割csc六种。

那么,类似的,双曲函数也分为双曲正弦、双曲余弦、双曲正切、双曲余切、双曲正割、双曲余割六种。双曲余弦函数也是其中一种。双曲余弦函数记作cosh,也可简写为ch。

以上内容参考百度百科-悬链线

什么是悬链线拱桥(最好有图)

悬链线拱桥是利用悬链线的基础上制作的桥型。

悬链线(Catenary)是一种曲线,因其与两端固定的绳子在均匀引力作用下下垂相似而得名。适当选择坐标系后,悬链线的方程是一个双曲余弦函数。

表达式的证明

如右图,设最低点A处受水平向左的拉力H,右悬挂点处表示为C点,在AC弧线区段任意取一段设为B点,则B受一个斜向上的拉力T,设T和水平方向夹角为θ,AB段绳子的质量为m,显然B点受力平衡,进行受力分析有:

注释

(1)

m=σs,其中s是右段AB绳子的长度,σ是绳子线密度,即单位长度绳子的质量。代入得微分方程

(2)

再利用勾股定理

得到:

(3)

将(3)式代入(2)式得:

(4)

不妨做一次变量替换,令:

得到如下方程:

为了将积分符号去掉,对上式两边对x求导:

接下来变量分离并两端进行积分:

由于,所以上面的积分的解为:

(5)

(注意,指数-1表示的是反函数,而不是倒数。)

下面确定C的值。显然,当x=0时,y'=0,即p=0,所以将该初值条件代入我们得到的解,因为,解得C=0.下面给出反双曲正弦的图像以加强直观认识。

反双曲正弦的部分图像

然后利用反函数的性质,在(5)式的两边取双曲正弦:

悬链线方程如何得到

以质量均匀的细链由于重力自然下垂,建立恰当的坐标系,使悬链关于y轴对称,悬链最低点D的切向张力为N,悬链单位长度质量为p,任意一点P的切向张力为T,弧DP长为s,若D得坐标为(0,a)(其中,a=N/p) 则该悬链线方程如下:

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