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應(yīng)變張量的哈密頓算子表達(dá)如何理解?

2023-06-11 15:34 作者:熱愛生活的李小白  | 我要投稿

先從應(yīng)變基本表達(dá)式聊起,x?軸向的應(yīng)變?yōu)椋?/p>

%5Cvarepsilon_%7Bxx%7D%3D%5Cfrac%7B%5Cpartial%20u(x%2Cy%2Cz)%20%7D%7B%5Cpartial%20x%7D%20%5Cqquad%20(1),其中u(x)代表位移函數(shù)。

這個(gè)公式如何理解呢?根據(jù)應(yīng)變的定義,應(yīng)變是對(duì)長(zhǎng)度相對(duì)變化的一種度量。將這個(gè)公式稍作變形:

%5Cvarepsilon_%7Bxx%7D%3D%5Cfrac%7Bu(x%2B%5CDelta%20x)-u(x)%7D%7B%5CDelta%20x%7D%20%5Cqquad(2)

若將?%5CDelta%20x 看作變形前的一個(gè)線段,則公式中的分子就是線段兩個(gè)端點(diǎn)處位移的差值,也就是整個(gè)線段的長(zhǎng)度變化量。

那剪切應(yīng)變?nèi)绾卫斫饽兀考羟袘?yīng)變的公式如下:

%5Cgamma_%7Bxy%7D%3D%5Cfrac%7B%5Cpartial%20u%7D%7B%5Cpartial%20y%7D%20%2B%20%5Cfrac%7B%5Cpartial%20v%7D%7B%5Cpartial%20x%7D%20%5Cqquad%20(3)

剪切應(yīng)變的解釋可以參考鐵摩辛柯的彈性理論。

鐵摩辛柯的彈性理論 P5

所有公式用用張量分量可以表達(dá)如下:

%5Cvarepsilon_%7Bij%7D%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D%20(u_%7Bi%2Cj%7D%2Bu_%7Bj%2Ci%7D)%20%5Cqquad(4)

有的教材中也寫做:

%5Cboldsymbol%7B%5Cvarepsilon%7D%20%3D%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D(%5Cboldsymbol%7B%5Cnabla%20u%7D%2B%5Cboldsymbol%7Bu%20%5Cnabla%7D)%20%5Cqquad(5)

要搞清楚這個(gè)公式是什么意思,首先得明確?%5Cboldsymbol%7B%5Cnabla%7D?和?%5Cboldsymbol%7Bu%7D 兩個(gè)兩中間的運(yùn)算規(guī)則是什么。這個(gè)運(yùn)算規(guī)則是張量積,也就是%5Cboldsymbol%7B%5Cnabla%7D%20%5Cotimes%20%5Cboldsymbol%7Bu%7D%20。

若將?%5Cboldsymbol%7B%5Cnabla%7D?和?%5Cboldsymbol%7Bu%7D?寫做矩陣形式,即:

%5Cboldsymbol%7B%5Cnabla%7D%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%20%5Cfrac%7B%5Cpartial%7B%7D%7D%7Bx%7D%20%5C%5C%5Cfrac%7B%5Cpartial%7B%7D%7D%7By%7D%5C%5C%5Cfrac%7B%5Cpartial%7B%7D%7D%7Bz%7D%20%20%5Cend%7Bbmatrix%7D%20%5Cboldsymbol%7Bu%7D%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%20u%20%5C%5Cv%5C%5C%20w%20%20%5Cend%7Bbmatrix%7D%20%5Cqquad%20(6)

再根據(jù)張量積的定義:%5Cboldsymbol%7Ba%7D%20%5Cotimes%20%5Cboldsymbol%7Bb%7D%3D%5Cboldsymbol%7Ba%7D%5Cboldsymbol%7Bb%7D%5ET,注意,等號(hào)右邊的變量為矩陣。

則:

%5Cboldsymbol%7B%5Cnabla%5Cboldsymbol%7Bu%7D%7D%20%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%20%5Cfrac%7B%5Cpartial%7B%7D%7D%7Bx%7D%20%20%5C%5C%5Cfrac%7B%5Cpartial%7B%7D%7D%7By%7D%5C%5C%5Cfrac%7B%5Cpartial%7B%7D%7D%7Bz%7D%20%5Cend%7Bbmatrix%7D%20%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%20u%26v%26w%20%5Cend%7Bbmatrix%7D%20%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%20%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bu%7D%7D%7Bx%7D%20%26%20%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bv%7D%7D%7Bx%7D%26%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bw%7D%7D%7Bx%7D%5C%5C%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bu%7D%7D%7By%7D%20%26%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bv%7D%7D%7By%7D%20%26%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bw%7D%7D%7By%7D%20%5C%5C%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bu%7D%7D%7Bz%7D%20%26%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bv%7D%7D%7Bz%7D%26%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bw%7D%7D%7Bz%7D%5Cend%7Bbmatrix%7D%20%5Cqquad%20(7)

同理

%5Cboldsymbol%7Bu%7D%5Cboldsymbol%7B%5Cnabla%7D%20%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%20u%5C%5Cv%5C%5Cw%20%5Cend%7Bbmatrix%7D%20%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%20%5Cfrac%7B%5Cpartial%7B%7D%7D%7Bx%7D%20%20%26%5Cfrac%7B%5Cpartial%7B%7D%7D%7By%7D%26%5Cfrac%7B%5Cpartial%7B%7D%7D%7Bz%7D%20%5Cend%7Bbmatrix%7D%20%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%20%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bu%7D%7D%7Bx%7D%20%26%20%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bu%7D%7D%7By%7D%26%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bu%7D%7D%7Bz%7D%5C%5C%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bv%7D%7D%7Bx%7D%20%26%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bv%7D%7D%7By%7D%20%26%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bv%7D%7D%7Bz%7D%20%5C%5C%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bw%7D%7D%7Bx%7D%20%26%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bw%7D%7D%7By%7D%26%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bw%7D%7D%7Bz%7D%5Cend%7Bbmatrix%7D%20%5Cqquad%20(8)

將公式 (7) 與公式?(8)?代入 公式 (5)?中可得:

%5Cboldsymbol%7B%5Cvarepsilon%7D%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D(%20%5Cboldsymbol%7B%5Cnabla%7D%20%5Cboldsymbol%7Bu%7D%20%2B%20%5Cboldsymbol%7Bu%7D%5Cboldsymbol%7B%5Cnabla%7D%20)%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%20%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bu%7D%7D%7Bx%7D%20%26%20%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D(%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bu%7D%7D%7By%7D%2B%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bv%7D%7D%7Bx%7D)%26%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D(%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bu%7D%7D%7Bz%7D%2B%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bw%7D%7D%7Bx%7D)%5C%5C%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D(%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bu%7D%7D%7By%7D%2B%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bv%7D%7D%7Bx%7D)%26%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bv%7D%7D%7By%7D%20%26%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D(%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bv%7D%7D%7Bz%7D%2B%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bw%7D%7D%7By%7D)%5C%5C%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D(%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bu%7D%7D%7Bz%7D%2B%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bw%7D%7D%7Bx%7D)%26%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7D(%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bu%7D%7D%7By%7D%2B%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bv%7D%7D%7Bz%7D)%26%5Cfrac%7B%5Cpartial%7Bw%7D%7D%7By%7D%5Cend%7Bbmatrix%7D%20%5Cqquad%20(9)

所得結(jié)果也就是應(yīng)變張量。

應(yīng)變張量的哈密頓算子表達(dá)如何理解?的評(píng)論 (共 條)

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