STELLA : un intégrateur numérique

Comment trouver l’aire sous une courbe
mercredi 15 février 2006
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Lorsqu’on lance une simulation avec un modèle comportant un flux connecté à un réservoir, STELLA calcule à chaque pas une aire élémentaire et ajoute le résultat au contenu du réservoir. Cette aire est approximée par celle d’un petit rectangle dont la hauteur est donnée par la hauteur de la courbe en ce temps là et dont la base est égale au pas d’intégration dt. Le nombre de rectangles est déterminé par la durée de la simulation : n= (tmax-tmin)/dt

Le plus simple des modèles comporte un flux connecté à un réservoir :

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Modèle comportant un flux connecté à un réservoir
Durant la simulation, STELLA intègre pas à pas la fonction se trouvant dans le flux et ajoute à chaque pas le résultat au contenu du réservoir.

Malgré sa simplicité, ce type de modèle permet déjà d’obtenir des comportements d’une étonnante variété. Que fait au juste STELLA lorsqu’on lance une simulation avec ce modèle ? Il réalise pas à pas l’intégration numérique de la fonction qui se trouve dans le flux.

Exemple

Modèle permettant d’obtenir la vitesse d’un mobile à partir de sa vitesse initiale et de son accélération :

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Modèle permettant d’intégrer une accélération
Le flux contient une fonction définissant l’accélération. L’évolution du contenu du réservoir au cours du temps donne l’horaire de la vitesse.

Le flux contient une fonction définissant l’accélération. L’évolution du contenu du réservoir au cours du temps donne l’horaire de la vitesse.

Considérons un cas bien connu en cinématique. pour illustrer ce processus. Lorsqu’un mobile initialement à l’arrêt subit une accélération a constante, nous savons que sa vitesse après un intervalle de temps dt est égale au produit de cette accélération par cet intervalle de temps : v=adt. Ce produit représente l’aire d’un petit rectangle de hauteur a et de base dt. A chaque pas dt, STELLA calcule donc l’aire d’un petit rectangle et ajoute le résultat du calcul au contenu du réservoir initialement vide. STELLA opère donc la somme de ces aires élémentaires au cours de la simulation. La variation du contenu du réservoir donne ainsi l’évolution de la vitesse du mobile au cours du temps. Au terme de la simulation, le contenu du réservoir correspond à l’aire totale qui se trouve entre l’axe horizontal et la « fonction » donnant l’accélération (qui est une constante dans ce premier exemple). Cette aire totale, appelée « intégrale », donne la vitesse du mobile au temps t=tfinal.

Intégration d’une accélération constante : si accélération est constante, son intégrale sur le temps se calcule très simplement. Elle est égale à l’aire at.

Pas besoin de STELLA pour traiter ce premier cas, direz-vous ! Oui d’accord, mais si l’accélération n’est plus constante et est une fonction du temps, comme c’est très souvent le cas lorsque des forces de frottement dépendant de la vitesse interviennent, l’usage du logiciel prend tout son sens :

Intégration d’une accélération qui dépend du temps : lorsque l’accélération varie au cours du temps, le logiciel STELLA offre une aide précieuse pour obtenir la vitesse par intégration de l’accélération.


Commentaires  forum ferme

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mardi 22 mai 2012 à 08h32 - par  Bernard Vuilleumier

Bonjour,
Vous trouverez toutes informations utiles sur le site iseeSystems.

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mardi 22 mai 2012 à 00h25 - par  Tanoh

j’ai vraiment besoin de ce logiciel