Файл: Механика деформируемого твердого тела.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 06.04.2021

Просмотров: 937

Скачиваний: 5

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

Геометрическая

 

интерпретация

( ) ( ) (

)(

)

2

2

d

d

2

dL

dl

dL

dl

dL

dl

ξ

ξ

ε

=

=

+

„

В

 

теории

 

малых

 

деформаций

 

лагранжев

 

тензор

 

конечных

 

деформаций

 

можно

 

заменить

 

тензором

 

линейных

 

деформаций

и

 

тогда

 

меру

 

деформаций

 

можно

 

записать

 

в

 

виде

( ) ( ) (

)(

)

j

i

ij

d

d

2

dL

dl

dL

dl

dL

dl

ξ

ξ

ε

=

=

+

„

Если

 

рассмотреть

 

бесконечно

 

малый

 

куб

расположенный

 

в

 

начале

 

координат

и

 

учесть

что

 

для

 

малых

 

деформаций

               , 

то

 

это

 

соотношение

 

примет

 

вид

dL

dl

i

ii

u

dL

dl

ε

=

=

так

 

как

         

являются

 

направляющими

 

косинусами

 

осей

 

координат

„

Таким

 

образом

диагональные

 

компоненты

 

тензора

 

линейных

 

деформаций

 

представляют

 

собой коэффициенты относительного удлинения вдоль осей координат

i

ii

dL

ξ

ε

dL

d

i

ξ

собой

 

коэффициенты

 

относительного

 

удлинения

 

вдоль

 

осей

 

координат

.

„

Геометрическая

 

интерпретация

 

недиагональных

 

компонент

 

тензора

 

линейных

 

деформаций

 

основана

 

в

 

рассмотрении

 

линейных

 

элементов

 

лежащих

 

вдоль

 

осей

 

координат

Можно показать что первоначально прямой угол между

Можно

 

показать

что

 

первоначально

 

прямой

 

угол

 

между

 

осями

     ,      

после

 

деформирования

 

и

 

пренебрежения

 

членами

 

более

 

высокого

 

порядка

 

малости

 

имеет

 

вид

2

ξ

3

ξ

23

3

2

2

u

u

cos

ε

ξ

ϑ

=

+

=

„

Следовательно

недиагональные

 

компоненты

 

представляют

 

собой

 

половины

 

изменения

 

углов

 

между

 

двумя

 

первоначально

 

ортогональными

 

линейными

 

элементами

 

и

 

называются

 

деформациями

 

сдвига

.

Компоненты

 

тензора

 

деформаций

2

3

u

ξ


background image

Свойства

 

тензора

 

деформаций

р д ф р ц

„

Тензор

 

линейных

 

деформаций

 

является

 

симметричным

 

тензором

 

второго

 

ранга

и

 

поэтому

 

определение

 

его

 

главных

 

направлений

 (

главных

 

осей

и

 

главных значений

(

главных деформаций

)

ведется стандартным методом

.

С

главных

 

значений

 (

главных

 

деформаций

ведется

 

стандартным

 

методом

С

 

физической

 

точки

 

зрения

 

главные

 

направления

 –

это

 

оси

 

координат

в

 

которых

 

тензор

 

деформаций

 

имеет

 

диагональный

 

вид

а

 

главные

 

деформации

 –

это

 

относительные

 

удлинения

 

по

 

этим

 

осям

.

„

Для

 

нахождения

 

главных

 

деформаций

 

выписывается

 

характеристический

 

Д

д

д ф р

ц

р

р

многочлен

„

Его

 

корни

 

являются

 

главными

 

значениями

 

деформаций

 

и

 

обозначаются

              

.

Коэффициенты соответствуют первому

,

второму и третьему

0

I

I

I

3

2

2

1

3

=

+

λ

λ

λ

3

2

1

,

,

ε

ε

ε

Коэффициенты

 

соответствуют

 

первому

второму

 

и

 

третьему

 

инвариантам

 

деформаций

 

и

 

равны

 

соответственно

 

3

2

1

,

,

ii

1

1

I

J

ε

=

=

(

)

2

1

ij

ij

2

2

J

I

J

2

1

=

=

ε

ε

„

В

 

главных

 

осях

 

инварианты

 

деформаций

 

выражаются

 

через

 

главные

 

деформации

 

следующим

 

образом

(

)

1

ij

ij

2

ij

3

3

det

I

J

ε

=

=

3

2

1

1

J

ε

ε

ε

+

+

=

1

3

3

2

2

1

2

J

ε

ε

ε

ε

ε

ε

+

+

=

3

2

1

3

J

ε

ε

ε

=


background image

Тензор

 

плоских

 

деформаций

„

Тензор

 

линейных

 

деформаций

 

можно

 

разложить

 

в

 

шаровой

 

тензор

 

и

 

девиатор

 

по

 

формуле

ε

δ

ε

ε

ij

ij

'

ij

=

где

      -

символ

 

Кронекера

а

 

-

средняя

 

деформация

Очевидно что первый инвариант тензора деформаций тождественно равен нулю

ij

δ

(

)

3

2

1

3

1

ε

ε

ε

ε

+

+

=

„

Очевидно

что

 

первый

 

инвариант

 

тензора

 

деформаций

 

тождественно

 

равен

 

нулю

.

„

Когда

 

одна

 

из

 

главных

 

деформаций

 

тождественно

 

равна

 

нулю

говорят

что

 

реализуется

 

состояние

 

плоской

 

деформации

Для

 

плоской

 

деформации

, (

в

 

случае

           

)

перпендикулярной к оси

вектор перемещения является функцией только

0

J

'

3

'

2

'

1

'

1

=

+

+

=

ε

ε

ε

0

ε

x

перпендикулярной

 

к

 

оси

      , 

вектор

 

перемещения

 

является

 

функцией

 

только

          

Соответствующие

 

компоненты

 

перемещения

 

для

 

этого

 

случая

 

имеют

 

вид

0

3

ε

3

x

2

1

x

x

,

(

)

2

1

1

1

x

x

u

u

,

=

(

)

2

2

x

x

u

u

=

а

 

тензор

 

плоских

 

деформаций

0

12

11

ε

ε

(

)

2

1

2

2

x

x

u

u

,

0

u

3

=

=

0

0

0

0

22

12

12

11

ij

ε

ε

ε


background image

Условия

 

совместности

 

Сен

-

Венана

„

Шесть

 

компонент

 

линейного

 

тензора

 

деформаций

 (

тензор

 

симметричный

связаны

 

с

 

тремя

 

компонентами

 

вектора

 

перемещения

 

системой из шести уравнений в частных производных

системой

 

из

 

шести

 

уравнений

 

в

 

частных

 

производных

„

При

 

произвольном

 

выборе

 

компонент

 

тензора

 

деформаций

 

система

 

+

=

i

j

j

i

ij

x

u

x

u

2

1

ε

р

р

р

р д ф р

ц

переопределена

 

и

 

в

 

общем

 

случае

 

не

 

имеет

 

решения

Для

 

существования

 

непрерывных

 

и

 

однозначных

 

компонент

 

перемещения

 

необходимо

чтобы

 

компоненты

 

тензора

 

деформаций

 

удовлетворяли

 

дополнительным

 

уравнениям

 

совместности

 

или

 

неразрывности

 

д

ур

р р

деформаций

В

 

случае

 

линейного

 

тензора

 

деформаций

условия

 

совместности

 

для

 

односвязных

 

областей

были

 

впервые

 

установлены

 

Сен

-

Венаном

 

и

 

имеют

 

вид

ε

ε

ε

ε

2

2

2

2

и

 

только

 

шесть

 

соотношений

 

линейно

 

независимы

ƒ

В случае плоской деформации шесть уравнений сводятся к одному

j

i

km

m

j

ik

k

i

jm

m

k

ij

x

x

x

x

x

x

x

x

=

ε

ε

ε

ε

2

2

В

 

случае

 

плоской

 

деформации

 

шесть

 

уравнений

 

сводятся

 

к

 

одному

2

1

12

2

2

1

22

2

2

2

11

2

x

x

2

x

x

=

+

ε

ε

ε

2

1

1

2


background image

Напряженное

 

состояние

р

„

В

 

основе

 

МДТТ

 

лежит

 

концепция

 

сплошности

 

вещества

то

 

есть

предполагается

что

 

вещество

 

непрерывно

 

распределено по всему занимаемому им объему и целиком

распределено

 

по

 

всему

 

занимаемому

 

им

 

объему

 

и

 

целиком

 

заполняет

 

его

Поля

 

величин

таких

как

 

напряжения

 

и

 

перемещения

выражаются

 

кусочно

-

непрерывными

 

функциями

 

координат

 

и

 

времени

.

„

Движение

 

ДТТ

 

происходит

 

вследствие

 

того

что

 

на

 

частицы

 

тела

 

оказывают

 

воздействие

 

как

 

внешние

так

 

и

 

внутренние

 

силы

По

 

характеру

 

своего

 

воздействия

 

внешние

 

силы

 

подразделяются на те которые действуют на все точки

подразделяются

 

на

 

те

которые

 

действуют

 

на

 

все

 

точки

 

элемента

 

объема

занимаемого

 

телом

 (

массовые

 

силы

), 

и

 

те

которые

 

действуют

 

на

 

элемент

 

поверхности

будь

 

то

 

часть

 

граничной

 

или

 

любой

 

внутренней

 

поверхности

 (

поверхностные

 

ра

о

л любо

у ре е

о ер ос

(

о ер ос

е

силы

). 

„

Примером

 

массовых

 

сил

 

могут

 

служить

 

силы

 

гравитации

 

и

 

инерции

Эти

 

силы

 

обычно

 

обозначают

      (

сила

отнесенная

 

к

 

)

(

i

F

b

единице

 

массы

или

               (

сила

отнесенная

 

к

 

единице

 

объема

). 

Поверхностные

 

силы

 

обозначаются

      (

сила

отнесенная

 

к

 

единице

 

площади

).

i

F

i

i

F

b

ρ

=

i

T