Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634942)
Контекстум
Руконтекст антиплагиат система

Вариационные принципы в механике сплошной среды (110,00 руб.)

0   0
Первый авторАртемов Михаил Анатольевич
АвторыМяснянкин Юрий Михайлович, Семыкина Татьяна Дмитриевна
ИздательствоИздательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета
Страниц57
ID225952
АннотацияВ данном пособии не рассматриваются теоретические вопросы, основное внимание обращено к сущности вариационных методов, решению конкретных задач.
Кому рекомендованоРекомендуется для студентов 3-го и 4-го курсов дневного отделения факультета ПММ.
Артемов, М. А. Вариационные принципы в механике сплошной среды / Ю. М. Мяснянкин, Т. Д. Семыкина; М. А. Артемов .— Воронеж : Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2011 .— 57 с. — 56 с. — URL: https://rucont.ru/efd/225952 (дата обращения: 02.05.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Т. Д. Семыкина Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета 2011 Утверждено научно-методическим советом факультета ПММ 17 сентября 2010 г., протокол № 2 Рецензент профессор В. Н. Потапов Учебное пособие подготовлено на кафедре теоретической и прикладной механики факультета ПММ Воронежского государственного университета. <...> Рекомендуется для студентов 3 курса факультета ПММ при изучении дисциплины «Теория упругости», студентов 4 курса при изучении дисциплин «Теория пластичности», «Сопротивление материалов». <...> Хотя по данному вопросу существует обширная литература, рекомендовать студентам для изучения приемлемый учебник или доступную книгу не представляется возможным; особенно это относится к практическому применению вариационных методов. <...> В первой части пособия уделяется особое внимание физическому смыслу основных понятий МДТТ, построение моделей в изотермической, квазистатической постановке. <...> Сформулированы основные вариационные принципы теории линейной упругости и основанные на них вариационные методы, позволяющие эффективно строить приближенные аналитические решения. <...> Теоретическое обоснование вариационных методов можно найти в работах [1, 2, 3] и др. <...> Основные понятия и уравнения МДТТ Опыт показывает, что твердое тело под влиянием внешних воздействий изменяет свою форму (деформируется). <...> Если деформация тела не превышает некоторых пределов, то при достаточно медленном снятии внешних воздействий оно возвращается к своему первоначальному состоянию. <...> 3 Механика деформируемого твердого тела (МДТТ) в рамках принимаемых математических моделей старается выяснить изменение геометрического и механического состояния тела в процессе его деформирования. <...> Основной предпосылкой в МДТТ является так называемая гипотеза сплошности. <...> По этой гипотезе твердое тело рассматривается как материальный континуум. <...> Материальный континуум трактуется как непрерывная среда <...>
Вариационные_принципы_в_механике_сплошной_среды.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ВАРИАЦИОННЫЕ ПРИНЦИПЫ В МЕХАНИКЕ СПЛОШНОЙ СРЕДЫ Учебное пособие для вузов Составители: М. А. Артемов, Ю. М. Мяснянкин, Т. Д. Семыкина Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета 2011
Стр.1
ПРЕДИСЛОВИЕ Настоящее учебное пособие предназначено в помощь студентам специальностей «Прикладная математика» и «Механика» при изучении ими спецкурса «Вариационные принципы и методы в механике деформируемых твердых тел» и связанного с ним лабораторного практикума. Хотя по данному вопросу существует обширная литература, рекомендовать студентам для изучения приемлемый учебник или доступную книгу не представляется возможным; особенно это относится к практическому применению вариационных методов. В данном пособии не рассматриваются теоретические вопросы (существования, полноты, сходимости и т.д.); основное внимание обращено к сущности вариационных методов, решению конкретных задач. В первой части пособия уделяется особое внимание физическому смыслу основных понятий МДТТ, построение моделей в изотермической, квазистатической постановке. Сформулированы основные вариационные принципы теории линейной упругости и основанные на них вариационные методы, позволяющие эффективно строить приближенные аналитические решения. Рассмотрено решение задач строительной механики, даны примеры для самостоятельного решения и соответствующие методические указания. Теоретическое обоснование вариационных методов можно найти в работах [1, 2, 3] и др. 1. Основные понятия и уравнения МДТТ Опыт показывает, что твердое тело под влиянием внешних воздействий изменяет свою форму (деформируется). К внешним воздействиям относятся поверхностные нагрузки, массовые силы, нагревание или охлаждение тела. Если деформация тела не превышает некоторых пределов, то при достаточно медленном снятии внешних воздействий оно возвращается к своему первоначальному состоянию. Если снять внешние воздействия мгновенно, то тело совершает свободные колебания. Однако вследствие внешнего и внутреннего сопротивления тело по истечении некоторого времени возвращается в состояние равновесия, принимая свою первоначальную форму. Такое свойство твердого тела называется упругостью. При значительных деформациях снятие внешних воздействий не приводит к полному исчезновению деформации. Сохраняется некоторая остаточная деформация тела. Эти остаточные деформации называются пластическими. 3
Стр.3
уравнениям неразрывности деформаций [4] vi j + , j iv − , i jv − vj i = 0. (1.1.3) , , Среди уравнений (1.1.3) независимых только шесть, и (1.1.2) являются их общим интегралом; в свою очередь (1.1.2) обращает уравнения (1.1.3) в тождества. Поэтому при построении моделей МДТТ привлекают только одну из групп уравнений – или (1.1.2), или (1.1.3). Заметим, что величина = + 22 + 33 11 (1.1.4) совпадает при малых деформациях с относительным изменением объема частиц [4]. Тензор деформаций вводится в связи с двумя состояниями среды ― начальным и конечным. Наряду с ним аналогично введем тензор скоростей деформаций, который описывает мгновенную деформацию тела. Компоненты симметричного тензора скоростей деформаций определяются по формулам ij = где  =ij d ij координат. 2 , 1 ( vi j , , V V ,j i ) i j + , (1.1.5) dt , t – время, iV – проекции вектора скорости точки на оси Уравнения совместности скоростей деформаций имеют вид: +  j iv −  i jv −  j i , ,  = 11 + 22 + 33 =V V +V 1,1 + 2,2 = 0. Скорость относительного изменения объема равна 3,3 . (1.1.6) (1.1.7) Механическое воздействие окружающей среды на материальное тело выражается через объемные и поверхностные силы. Пусть Rd  объем dV. По определению [4] Φ  dR dV= есть интенсивность объемных сил; Φ  можно представить в виде 6 (1.1.8) ― элементарная сила (главный вектор системы сил), действующая на материальные частицы, заполняющие элементарную область, имеющую ε εμ εμ ε μ ε θ ε ε μ ε εμ εμ μ ε ε θ ε ε ε ε εν μ
Стр.6
где F dR d  = – интенсивность массовых сил, Φ = , (1.1.9) – плотность.  F  Примерами массовых (объемных) сил являются: сила тяжести, магнитные и гравитационные силы, силы инерции и т.д. Рассмотрим элементарную поверхность с площадью dS . Можно предположить, что dS – участок граничной поверхности тела или какойлибо другой воображаемой поверхности, разделяющей тело на две части. Обозначим через n нормали к поверхности dS . Пусть на рассматриваемую площадку действует элементарная сила Pd  . По определению  . Вектор n Эта зависимость имеет вид [4]  где  вектор единичной, внешней по отношению к объему  =n dP dS есть вектор напряжения, действующий на элементарную площадку dS с единичной нормалью n n = ⋅ 2n  название тензора напряжений. jin = 1 1in + j 2 2 in + 3 3 in . это проекция вектора напряжений, взятого на площадке с нормалью in  , на имеют простой геометрический смысл. Выделим в любой точке тела три элементарные площадки, перпендикулярные к осям координат, тогда ij  будут являться внешними поверхностными усилиями. В декартовой системе координат компоненты тензора напряжений – ocи jx . Если рассматривать соотношение (1.1.10) в точках граничной поверхности, то n В связи с этим уравнения (1.1.10) называют условиями на поверхности или граничными условиями в напряжениях. Из уравнений количества движения и момента количества движения сплошной среды в классическом случае следует, что тензор напряжений симметричен ij = , (1.1.11) ji и выполняются уравнения движения в какой-либо точке объема тела [4] . d u dt = 2 i 2 7 ji j + Fi , , nj n= , (1.1.10) i ij 2 – тензор второго ранга с компонентами ij . Этот тензор носит  зависит от ориентации площадки dS , то есть от n  . (1.1.12) ρ ρ σ ρ σ σ σ σ σ σ σ σ σ ρ σ ρ σ σ σ σ σ σ
Стр.7
Уравнения (1.1.1)―(1.1.7) в механике сплошной среды называют кинематическими, а уравнения (1.1.8)―(1.1.12) – динамическими. Кинематические и динамические уравнения справедливы для сплошных тел и носят название универсальных уравнений. Для широкого класса практически важных инженерных задач МДТТ (деформация стержней, пластинок, оболочек) вместо напряжений вводятся обобщенные усилия. Пусть h2 – толщина пластинки. Направим ось 3x перпендикулярно срединной поверхности пластинки. Тогда обобщенные усилия вводятся по формулам Ndz 11 h Q1 = ∫ 13dz, −h h M = ∫ 1 −h , 2 1 ,, N12 −− − N2 22dz h Q2 = ∫ 23dz , −h h 11zdz M = ∫ 22zdz, −h h H = ∫ 12zdz . (1.1.13) −h == =∫∫ ∫ hh h hh h 12dz , Обобщенные усилия представляют собой усилия или моменты, отнесенные к единице длины элемента срединной поверхности в поперечном сечении оболочки. Уравнения равновесия (1.1.12) в каждом конкретном случае можно записать через обобщенные усилия. 1.2. Определяющие реологические уравнения Универсальные уравнения выполняются при движении любых твердых тел. Однако различные реальные тела при одних и тех же внешних условиях ведут себя по-разному. Математически этот факт проявляется в том, что число универсальных уравнений меньше числа входящих в них неизвестных, система незамкнута. Дополнительные уравнения, которые замыкают систему, выделяют конкретную модель твердого тела, называют определяющими, или реологическими. Эти уравнения получают из экспериментальных наблюдений, физических и термомеханических соображений. Приведем некоторые из них для изотропных тел. Линейно-упругие тела ij = ij + 2 8 ij , (1.2.1) σ σ σσ σ σ σ σ με λ σ εαα δ
Стр.8