Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

b

.pdf
Скачиваний:
26
Добавлен:
17.03.2016
Размер:
2 Мб
Скачать
☆

 

v(x, y)= v0 (x, y)+ ∑∞ Bm vm (x, y).

 

(3.1.6)

 

 

m=1

 

u0(x,y),

Как и в случае пространственной задачи, функции

v0(x,y)

должны удовлетворять неоднородным, а функции

um(x,y),

vm(x,y)

- однородным кинематическим граничным условиям.

Неизвестные коэффициенты

Ат, Вт

определяются из

системы алгебраических уравнений, получаемой в результате подстановки решения (3.1.6) в функционал полной энергии деформаций плоской задачи теории упругости (2.1.26) и дифференцирования по параметрам Аn, Вn. В результате получим систему алгебраических уравнений:

 

∑∞ (anmA Am + bnmA Bm )= dnA ,

 

 

m=1

n = 1, 2, 3,…

(3.1.7)

 

∑∞ (anmB Am + bnmB Bm )= dnB ,

 

 

 

m=1

 

 

A

 

 

 

∂um

∂un

 

1 −

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

∫∫

 

+

ν ∂um ∂un

 

 

 

 

 

где anm

 

 

∂x ∂x

 

2

 

 

∂y ∂y

 

dA ;

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

∂vm ∂un

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫∫

 

 

 

+

−ν ∂vm ∂un

 

 

 

 

bnm =

ν1

∂y ∂x

 

 

2 ∂x ∂y

dA ;

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

−ν1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

∂um ∂vn

 

∂um ∂vn

 

 

 

 

anm

=

∫∫

 

1

+

 

 

 

 

 

 

 

 

ν

∂x ∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dA ;

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

2 ∂y ∂x

 

 

 

 

B

 

 

 

∂vm

∂vn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 −ν1 ∂vm ∂vn

 

 

 

 

 

bnm =

∫∫

 

∂y ∂y

+

 

 

 

 

 

∂x ∂x

dA ;

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dnA =

1 −ν

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

1

∫∫X undA + ∫Xν un dL −

 

 

 

 

 

 

1

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

Lσ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u

0

 

 

 

 

∂v

0

 

∂u

n

 

 

1−ν

1

 

∂u

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

+ 2ν1

∂y

∂x +

 

 

2

 

 

 

 

− ∫∫

 

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dnB =

1 −ν 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

1

 

∫∫Y vndA +

∫Yν vn dL

−

 

 

 

 

 

 

1

 

 

A

 

 

 

 

 

 

Lσ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− ∫∫A ∂∂vy0 + 2ν1 ∂∂ux0 ∂∂vyn +1−2ν1 ∂∂uy0 + ∂∂vx0

+ ∂∂vx0 ∂∂uyn dA ;

∂vn dA . (3.1.8)

∂x

Решив систему алгебраических уравнений (3.1.8), вычисляем перемещения на основе формул (3.1.7). Деформации и напряжения вычисляются с привлечением уравнений деформаций (2.1.17) и закона Гука (2.1.18,а).

3.2.Метод Канторовича−Власова.

Вотличие от метода Ритца−Тимошенко, метод Канторовича−Власова приводит задачу к системе обыкновенных дифференциальных уравнений, т.е. сводит пространственную или плоскую задачу теории упругости к одномерной. Метод

Канторовича−Власова обычно применяется к призматическим телам, ограниченным плоскостями х1, х2 = const, перпендикулярными оси х.

а) ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ЗАДАЧА

Решение метода Канторовича−Власова принимается в виде:

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

u( x, y,z ) = u0 ( x, y,z ) + ∑Am ( x )um ( y,z ),

 

 

 

 

 

m=1

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

v( x, y,z ) = v0 ( x, y,z ) + ∑Bm ( x )vm ( y,z ),

 

 

 

 

 

m=1

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

w( x, y,z ) = w0 ( x, y,z ) + ∑Cm ( x )wm ( y,z ) ,

(3.2.1)

 

 

 

m=1

 

 

 

 

где

u0(x,y,z),

v0(x,y,z), w0(x,y,z)

- функции,

удовлетворяющие

неоднородным

кинематическим

граничным

условиям; um(y,z),

vm(y,z), wm(y,z)

- функции переменных

у, z,

удовлетворяющие

однородным

кинематическим

граничным

условиям

на

поверхности Su, кроме плоскостей х = х1

и х = х2; Аm(х), Bm(х),

Cm(х)

- неопределенные функции аргумента

х, выполняющие в

методе Канторовича−Власова роль, которая соответствует роли неопределенных коэффициентов Аm, Вm, Сm в методе Ритца −Тимошенко.

Для определения неизвестных функций Аm(х), Вm(х), Сm(х), используем соотношения (2.2.6) метода возможных перемещений, полученные при доказательстве принципа Лагранжа, записанные через функции перемещений:

 

(λ + µ)

∂θ

 

 

 

2

 

 

 

 

∫∫∫

 

 

+

µ

 

u

+ X δu dΩ = 0

,

∂x

 

Ω

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(λ + µ)

∂θ

 

 

µ 2v

 

 

 

 

 

 

+

+Y δv dΩ = 0

,

 

 

 

 

∫∫∫

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

Ω

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂θ

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

∫∫∫ (λ + µ)

 

 

+

µ

 

w + Z δwdΩ = 0 ;

 

(3.2.2)

∂z

 

 

Ω

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫∫ (σ x l +τxy m +τxz n − Xν )δu ds = 0 ,

 

 

Sσ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫∫ (τ yx l +σ y m +τ yz n −Yν )δv ds = 0 ,

 

 

Sσ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫∫ (τzx l +τzy m +σ z n − Zν )δwds = 0 .

 

(3.2.3)

Sσ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Варьируя функции

u, v,

w и учитывая, что варьируются

только неопределенные функции

Аm(х), Вm(х), Сm(х), получим:

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

 

δu( x, y,z ) = ∑um ( y,z )δAm ( x ) ,

 

 

 

 

 

 

 

m=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

 

 

δv( x, y,z ) = ∑vm ( y,z )δBm ( x ) ,

 

 

 

 

 

 

 

m=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

 

δw( x, y,z ) = ∑wm ( y,z )δCm ( x ).

 

(3.2.4)

m=1

Подставляя вариацию функции u(x,y,z) в первое уравнение (3.2.2), интегрируя ряд почленно и разделяя в объемном интеграле интегрирование по аргументам х и у, z, имеем:

 

 

(λ + µ)

∂θ

2

 

∫∫∫

 

+ µ

u + X δu dΩ =

∂x

Ω

 

 

 

 

 

 

(λ + µ)

∂θ

 

 

2

 

∞

 

 

= ∫∫∫

 

+ µ

 

u + X

∑un ( y,z )δAn dΩ =

 

 

∂x

 

 

 

Ω

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

 

∞ x2

 

 

 

 

 

 

∂θ

 

2

 

 

 

= ∑ ∫

 

∫∫

(λ + µ)

+ µ

 

,

 

 

∂x

 

u + X un ( y,z )dydz

δAn ( x )dx = 0

n=1

x1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A( x )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

∫∫

 

-

 

 

интеграл по

 

площади поперечного сечения

A( x )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

призматического тела в точке с координатой х.

Аналогично проводятся преобразования с граничными статическими условиями для соотношений (3.2.3)

∑∞ ∫∫(σ x l +τxy m +τxz n − Xν )un ( y,z )δAn ( x )ds =

n=1Sσ

∞

x2

 

∫(σ x

 

 

= ∑

∫

 

l +τxy m +τxz n − Xν )un ( y,z )dL δAn ( x )dx =0

,

n=1 x1

L( x )

 

 

где

 

 

∫ -

интеграл по контуру сечения призмы

с

 

 

 

L( x )

 

 

координатой х. Интеграл учитывает невязки в выполнении статических граничных условий отдельным членом ряда.

Далее рассматриваются призматические тела, для которых поперечное сечение А и контур L постоянны (не зависят от х), направляющий косинус на контурной поверхности тела l = 0 и слагаемое σ x в контурных интегралах опускается.

Применяя к внешнему интегралу по х основную лемму вариационного исчисления, учитывая независимость функций Аn(х) при различных значениях n, и добавляя аналогичные соотношения для второго и третьего соотношений (3.2.2) и (3.2.3), получим основные функциональные соотношения метода Канторовича−Вла-сова. Соотношения для объемного и поверхностного интегралов при вариациях одноименных функций суммируются, напряжения выражаются через перемещения:

 

(λ +

µ)

∂θ

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

∫∫

 

+ µ

 

 

u + X un ( y,z )dydz +

∂x

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u

 

∂v

 

 

 

 

 

 

∂u

 

∂w

 

 

 

 

 

+

 

m + µ

+

 

− Xν un ( y,z )dL = 0 ;

 

+ ∫ µ

∂y

∂x

 

 

∂z

 

n

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

 

 

(λ + µ)

∂θ

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫∫

 

+ µ

 

 

u

+ X vn ( y,z )dydz +

∂x

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂v

 

∂v

∂w

 

 

+ ∫

 

 

+ 2µ

 

 

 

 

 

n −Yν vn ( y,z )dL = 0 ;

 

λθ

 

∂y

m +

µ

∂z

 

+ ∂y

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(λ + µ)

∂θ

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫∫

 

+ µ

 

 

u

+ X wn ( y,z )dydz +

∂x

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂v

 

∂w

 

 

 

 

 

 

 

∂w

 

 

 

 

 

+

 

 

λθ + µ

 

 

 

+ ∫ µ

∂z

∂y

 

m +

n − Zν wn ( y,z )dL = 0 ;

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n =1, 2, 3,... (3.2.5)

Если функции u0(x,y,z), v0(x,y,z), w0(x,y,z) и um(y,z), vm(y,z), wm(y,z) удовлетворяют не только кинематическим, но и

статическим граничным условиям на боковой поверхности

призмы, то поверхностные интегралы в соотношениях (3.2.5)

отбрасываются.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

функции u(x,y,z),

v(x,y,z),

Подставим в соотношения (3.2.5)

 

w(x,y,z) в виде рядов (3.2.1), учитывая при этом, что

 

 

 

 

 

 

 

θ =

∂u

+

∂v

+

 

∂w

=

 

∂u0 ( x, y,z ) +

∂v0 ( x, y,z ) + ∂w0 ( x, y,z ) +

 

 

∂x

 

 

∂y

 

 

 

∂z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂z

 

 

 

 

 

 

∞

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂v

n

( x, y )

 

 

 

 

 

 

 

 

∂w ( x, y )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+Cn ( x )

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ ∑ Am ( x )un ( y,z ) + Bn ( x )

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

 

∂z

.

 

 

 

m=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проводя интегрирование для каждого члена ряда и

группировку слагаемых при однотипных неизвестных

Ат(х),

Вт(х), Ст(х)

и их производных, приходим к системе обыкновенных

дифференциальных уравнений:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

′′A

 

′′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′A

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

′A

′

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

∑

[anm

Am ( x )

+ anm A( x ) +bnm Bm ( x ) +cnmCm ( x )]= dn ( x ),

 

m=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

′B

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′′B

 

′′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

∑

[anm Am

( x ) +bnm B ( x ) +bnm Bm ( x ) +cnmCm ( x )]

= dn ( x ),

 

m=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

′C

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′′A

′′

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

∑[anm Am

( x ) +bnm Bm ( x ) +cnm Cm ( x ) +cnmC( x )]= dn ( x ),

 

m=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n = 1, 2, 3,...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.2.6)

′′A

= (λ + 2µ)∫∫ um ( y,z )un ( y,z )dA ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где anm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

∂2u

m

( y,z ) ∂2u

m

 

( y,z )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= µ∫∫

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

anm

 

 

 

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂z

 

 

 

un ( y,z )dA +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u

m

( y,z )

 

 

 

 

 

 

∂u

m

( y,z )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ µ∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

 

 

∂z

 

 

n dA ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′A

= (λ + µ)∫∫

 

∂vm ( y,z )

un ( y,z )dA + µ∫ vm ( y,z )un ( y,z ) m dL ;

bnm

 

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′A

 

 

 

µ)∫∫

 

∂wm ( y,z )

 

un ( y, z )dA + µ∫ wm ( y,z )un ( y,z ) n dL ;

cnm = (λ +

 

 

 

 

 

 

 

 

∂z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂θ

0

( x, y,z )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dnA = −∫∫

(λ +

2µ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

µ 2u0

+ X

un ( y,z )dA −

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u

0

( x, y,z )

 

 

 

 

∂v

0

( x, y,z )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− ∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µ

 

 

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u

0

( x, y,z )

 

 

 

∂w ( x, y,z )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

− Xν

un ( y,z )dL ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′B

= (λ + µ)∫∫

 

∂um

( y,z )

vn ( y,z )dA + λ∫un ( y,z )vn ( y,z ) m dL ;

anm

 

 

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′′B

= µ∫∫ vm ( y,z )vn ( y,z )dA ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bnm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bB

=

 

 

 

(λ +

2µ)∂

2

vm

( y,z )

+ µ

∂

2

vm

( y,z )

 

 

 

( y,z )dA +

 

 

∫∫

 

 

 

 

v

n

 

 

nm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂z

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

(λ + 2µ)

∂v

m

( y,z )

m +

∂v

m

( y,z )

n

 

 

 

 

( y,z )dA ;

 

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cnmB

dnB

a′C

nm

bnmC

c′′C

nm

= (λ + µ)∫∫

∂2 w

( y,z )

vn ( y,z )dA +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

∂y∂z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂w

( y,z )

 

 

 

 

 

∂w ( y,z )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ

 

 

m

 

 

 

 

 

 

m _ µ

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ ∫

 

 

 

∂z

 

 

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

 

n vn ( y,z ) dL ;

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(λ +

2µ)

∂θ

0

( x, y,z )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −∫∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ µ 2v0 ( x, y,z ) +Y

vn ( y,z )dA −

 

 

 

 

∂x

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂v

 

( x, y,z )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

− ∫

 

 

λθ0

( x, y,z ) + 2µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂v

0

( x, y,z )

 

 

 

∂w ( x, y,z )

 

 

 

 

 

 

 

+ µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

n −Y

 

v

n

( y,z )dL ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂z

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

 

 

 

 

 

 

ν

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= (λ + µ)

∂um ( y,z ) w ( y,z )dA +λ

∫

u

m

( y,z )w ( y,z ) n dL ;

 

∫∫

 

 

 

 

∂z

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= (λ + µ)∫∫

∂2vm ( y,z ) wn ( y,z )dA +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

∂y∂z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂v

m

( y,z )

 

 

 

 

 

∂v

m

( y,z )

 

 

 

 

 

 

 

+ ∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m + µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

 

∂z

 

n wn ( y,z ) dL ;

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= µ∫∫ wm ( y,z )wn ( y,z )dA ;

A

cC =

 

 

(λ + 2µ)

∂2 w ( y,z )

+ µ

∂2 w ( y,z )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

2

 

 

 

m

 

2

 

w ( y,z )dA +

nm

 

∫∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂z

 

 

 

 

 

∂y

 

 

 

n

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂w ( y,z )

m +(λ +

2µ)

∂w ( y,z )

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

n + w ( y,z )dA ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂z

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dnB = −∫∫

 

(λ

+ 2µ)

 

∂θ

0

( x, y,z )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

µ 2 w0 ( x, y,z ) +Y

wn

( y,z )dA −

 

 

 

 

 

 

∂x

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− ∫

 

µ

∂v

 

( x, y,z )

+

 

∂w ( x, y,z )

m

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

∂z

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂w ( x, y,z )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

λθ

0

( x, y,z ) + 2µ

 

 

 

 

0

 

 

 

 

n

−Y

 

v

n

( y,z )dL .

(3.2.7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂z

 

 

 

 

 

 

 

ν

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Система (3.2.6), представляет в общем случае бесконечную систему обыкновенных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами. На практике обычно берут конечное число членов ряда (3.2.1), получая конечную систему обыкновенных дифференциальных уравнений. Хотя теория решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений создана, это решение в общем случае является довольно трудоемким даже при использовании современных ЭВМ. Наиболее простым получается решение в случае ортогональности функций решения (3.2.1) и ортогональности их производных. Тогда система (3.2.5) распадается на систему отдельных обыкновенных дифференциальных уравнений второго порядка для каждого члена рядов (3.2.1). В частности это возможно, если используются системы тригонометрических функций, но это возможно лишь для некоторых частных граничных условий.

Метод Канторовича−Власова применим и в случае тел, ограниченных плоскостями х1, х2 с произвольной боковой поверхностью. Тогда члены рядов решения (3.2.1) берутся в виде:

Аm(х) u(x,y,z),

Вm(х) vm(x,y,z),

Сm(х) wm(x,y,z).

Зависимость функций

um, , vm„ wm

от х, у, z связана с

необходимостью удовлетворять граничные условия на боковой поверхности, которые будут включать уравнения боковой поверхности. В этом случае применение алгоритма метода Канторовича−Власова приводит к системе обыкновенных дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами, т.е. коэффициенты системы (3.2.6) будут функциями аргумента х.

В качестве функций перемещений для прямоугольных областей c прямоугольным поперечным сечением обычно используются функции в виде произведения функций от каждого независимого аргумента:

um (x, y,z)=U xm (x) U ym (y) U zm (z);

 

vm (x, y,z)=Vzm Vym (y) Vzm (z);

 

wm (y,z)=Wxm (x) Wym (y) Wzm (z),

(3.2.8)

при этом индексы

ут, zт могут независимо пробегать все

значения 1, 2, 3 ....

 

 

 

б) ПЛОСКАЯ ЗАДАЧА

 

Решение плоской задачи теории упругости методом

Канторовича−Власова ищется в виде рядов:

 

u(x, y)= u0 (x, y)+ ∑∞ Am (x)um (y),

 

 

m=1

 

v(x, y)= v0 (x, y)+ ∑∞ Bm (x)vm (y),

(3.2.9)

 

m=1

 

где и0(х,у), v0(x,y) - функции, удовлетворяющие неоднородным граничным условиям на продольных сторонах плоской области; и(х) и v(y) - функции удовлетворяющие однородным граничным условиям на продольных сторонах плоской области; А(х), В(х) - неизвестные коэффициенты аргумента х.

Если решение ищется в виде (3.2.7), то рассматривается прямоугольная область (0 ≤ х ≤ а, 0 ≤ у ≤ b). За основу принимаются формулы уравнений возможных перемещений

(2.2.22), (2.2.23).

Проведем необходимые действия, аналогичные проведенным при решении пространственной задачи методом Канторовича−Власова. Подставляя решение (3.2.7) в левые части уравнений (2.2.22), получаем:

 

 

∂2u

∂2u

 

 

∂2v

2(1

 

−ν12 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

∂x2 + (1 −

ν1 )∂y2 + (1 +ν1 )∂x∂y +

 

E

 

 

∫∫

 

 

 

X δu dA =

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

∂2u

 

∂2u

 

 

 

 

 

∂2 v

 

 

 

= ∫∫ 2

∂ 2 + (1

−ν1 )

∂ 2

+ (1 +

ν1 )

 

+

 

 

∂x∂y

 

 

 

A

x

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

+

 

2(1 −ν1 )

 

X

δ ∑ An ( x )un ( y ) dA =

 

 

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

∞

 

a

b

 

∂2u

+ (1 −ν1 )

∂2u

+ (1

+ν1 )

∂2 v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ∑

∫

∫

2

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

∂x

∂y

∂x∂y

 

 

 

 

 

 

n=1

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

2(1 −ν1

)

 

 

 

 

 

 

( y ) dy

δA ( x )dx ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2(1

−ν12 )

 

 

 

 

 

 

 

(1 +

ν1 )

∂2u

 

+ (1

−ν1 )

∂2v

 

 

∂2v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 + 2

 

 

2

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

∂x∂y

∂x

∂y

 

 

 

 

 

E1

δv dA

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

a

b

 

(1 +ν1 )

∂

2

u

+ (1 −ν1 )

∂

2

v

 

 

 

 

 

 

 

∂

2

u2 +

 

 

 

 

 

= ∑

∫ ∫ +

 

 

 

+ 2

 

 

 

 

 

 

 

∂x∂y

∂x

2

 

∂y

 

 

 

 

 

n=1

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 (1 −ν

12 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y

v

n

(y)dy

δ B

n

(x)d x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если решение (3.2.7) не удовлетворяет статическим граничным условиям, то добавляются контурные интегралы (2.2.3). При этом учитываем, что для прямоугольной области на продольных краях l = 0, на грани у = 0 m = -1, на грани у = b m = 1:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u

 

 

 

 

 

∂v

 

 

 

 

 

1 −ν1

∂u

 

 

∂v

 

 

 

 

1 −ν1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l +

 

+

 

 

 

 

 

Xν δu dL =

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

+ν1 ∂y

 

2

 

 

∂y

x

m −

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

Lσ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1−ν1

 

∂u( x, y )

+ ∂v( x, y )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −

∫

 

 

−

1−ν1

Xν δ ∑A ( x )u

n

( y )dx

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

1

−ν

1

 

 

 

 

∂u( x, y )

 

 

∂v( x, y )

 

 

1−ν 2

 

 

 

 

 

 

∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

−

 

 

 

1

 

 

Xν

δ ∑A ( x )u

n

( y )dx

 

=

 

 

2

 

 

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

x

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n=1

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y=b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y=b

 

 

 

 

∞

b

 

 

 

 

−ν

 

∂u( x, y )

 

∂v( x, y )

 

1−ν

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ∑

∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

X

ν u

n

( y )

 

 

 

 

δA ( x )dx

 

 

2

 

 

 

 

∂y

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u

 

 

∂v

 

 

 

∂u

 

 

∂v

 

 

 

 

 

1 −ν

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

1 −ν1

+

 

 

 

 

 

 

 

−

1

Yν δu dL =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

∂y

 

x

l

+ ν1 ∂x

+ ∂y

m

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lσ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∞

 

a

 

 

 

 

 

 

∂u( x, y )

 

 

∂v( x, y )

1

−ν

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= ∑

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

ν

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

Yν v

n

( y )

 

 

 

δB

n

( x )dx .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

 

 

 

 

 

∂y

 

 

 

E

 

 

 

 

 

m=1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приравнивая нулю подынтегральные выражения (интеграл по аргументу х) при вариациях независимых функций Аn(x), Bn(x) (на основании основной леммы вариационного исчисления) и суммируя результаты от интеграла по площади и контурного интеграла, получаем систему дифференциальных уравнений относительно функций Ат(x), Bт(x):

 

∞

′′A

′′

A

 

′A ′

A

 

 

∑[anm

Am ( x ) + anm A( x ) +bnm Bm ( x )]= dn ( x ),

m=1

 

 

 

 

 

 

 

 

n = 1, 2, 3.. (3.2.10)

 

∞

′

 

′

′′

 

′′

 

 

 

 

B

B

B

B

( x ),

 

∑[anm Am

( x ) +bnm B ( x ) +bnm Bm ( x )]= dn

m=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′′A

b

где

= 2 ∫ um ( y ) un ( y )dy ;

anm

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

b ∂2u

 

 

( y )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1−ν

1

 

∂u

 

( y )

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a A

= (1

−ν

1

))

 

 

 

 

 

 

m

2

 

 

 

 

u

n

( y )dy

+

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

u

n

( y )

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nm

 

 

 

 

∫

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′A

 

 

 

 

 

b ∂v

m

( y )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

−ν

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

= (1

+ν

 

))

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

( y )dy

+

 

 

 

 

v

 

 

( y ) u

 

( y )

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nm

 

 

 

1

 

∫0

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

a

 

∂2u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂2u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( x, y )

 

 

(1−ν1 )

 

( x, y )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dnA = ∫ 2

 

 

 

0

 

2

 

 

 

 

 

+

 

 

 

0

 

2

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

∂x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+(1+ν1 )

∂2v0

( x, y )

 

 

2(1−ν12 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

X

un ( y )dy +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x∂y

 

 

 

 

 

E1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1−ν

1

 

∂u

0

( x, y ) ∂v

0

( x, y )

 

 

 

 

1−ν 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

Xν

un ( y )

 

 

 

+

 

2

 

 

 

 

 

 

∂y

 

 

 

+

 

 

x

 

 

 

−

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′B

 

 

 

 

 

b ∂u

m

( y )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

= (1

+ν1 ))∫0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+(ν1um ( y ) un ( y ))

 

 

 

 

 

 

 

 

 

anm

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

vn ( y )dy

 

0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′′B

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= (1

−ν1 )∫ vm ( y ) vn ( y )dy ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bnm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y=b

;

y=0

 

bB

= 2

b

∂2v

m

( y )

v

 

( y )dy +

 

∂v

m

( y )

u

 

 

 

 

 

b

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∫

 

 

2

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

n

( y )

 

 

 

 

 

 

 

nm

 

 

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

∂2u0 ( x, y )

 

 

 

 

 

∂2 v0 ( x, y )

 

 

∂2 v0 ( x, y )

 

B

(1

+ν1 )

+ (1 −ν1 )

 

 

 

 

 

dn

= ∫

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

2

 

 

 

+

 

 

 

 

∂x∂y

 

 

 

 

 

 

∂

2

 

 

 

∂ 2

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

2(1 −ν12 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

Y

 

v

n

( y ) dy +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂u

0

( x, y )

 

 

∂v

0

( x, y )

 

 

 

1

−ν

2

 

 

 

 

y=b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

ν1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

Yν vn ( y )

,

(3.2.11)

 

 

 

∂x

 

 

 

 

 

 

∂y

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

y=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Ху0, Yyo, Хyb, Yyb - проекции распределенной нагрузки на гранях у = 0 и у = b по оси х и у соответственно.

Если на продольных границах у = 0 и у = b статические граничные условия выполнены, то слагаемые с подстановкой ... b0 ,

... yy==b0 отбрасываются.

Таким образом, как и в пространственной задаче, получена бесконечная система обыкновенных дифференциальных уравнений. На практике берут конечное число членов в рядах (3.2.7), что приводит к конечной системе дифференциальных уравнений, и получают приближенное решение. Если удается построить ортогональную систему функций, отвечающую граничным условиям задачи, то получаем систему отдельных дифференциальных уравнений. В этом случае можно получить точное решение задачи.

Если продольные границы области плоской задачи являются кривыми r1(х) и r2(х), r1(х) ≤ у ≤ r2(х), то решение плоской задачи можно искать в виде:

u(x, y)= u0 (x, y)+ ∑∞ Am (x)um (x,y) ,

m=1

 

v(x,y)= v0 (x, y)+ ∑∞ Bm (x)vm (x,y),

(3.2.12)

m=1

 

так как функции, удовлетворяющие граничным условиям на продольных краях, будут включать уравнения кривых r1(х) и r2(х).

Метод Канторовича−Власова приводит в этом случае к системе обыкновенных дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами, вид которых зависит от типа

кривых r1(х) и r2(х).

Например, если продольные криволинейные границы области (рис. 4.1) плоской задачи теории упругости жестко защемлены, т.е. на краях r1(х) и r2(х) перемещения u = v = 0, то функции un(x), vn(x) можно принять в виде

um (x, y)= sin mπ

 

y − r1

(x)

 

.

(3.2.13)

r2

(x)− r1 (x)

 

 

 

Основными трудностями в этом случае являются вопросы дифференцирования и интегрирования сложных функций и решения системы дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами.

y r2(x)

 

r1(x)

 

x

 

 

 

 

 

a

b

Рис. 3.1. Плоская область с криволинейными продольными краями

3.3. Пример расчета.

На тонкую пластинку, жестко защемленную с двух противоположных сторон, в плоскости пластинки действуют равномерно распределенные, нормальные к двум другим граням пластинки нагрузки р1 и р2, (рис. 3.2). Коэффициент Пуассона ν

= 0.15.

Требуется: Определить перемещения и нормальные усилия в пластинке методом Ритца−Тимошенко.

Решение. Для удобства перейдем к безразмерным координатам, положив:

ξ =

x

;

η =

y

;

λ =

a

.

(3.3.1)

 

a

 

 

b

 

 

b

 

При этом производные по аргументам х, у переходят в производные по аргументам ξ, η в соответствии с формулами:

 

 

 

 

 

 

 

 

∂k ..

=

 

1 ∂k ..

;

 

∂k ..

=

1 ∂k ..

.

 

 

(3.3.2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂xk

 

ak ∂ξ k

 

∂y k

bk

∂ηk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

соответствии

с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

условиями

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

закрепления

 

граней

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

пластинки

на

гранях

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АВ

 

 

 

и

 

 

CD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

перемещения

должны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х

 

равняться нулю:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(0,η)= u(1,η)= 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

v(0,η)= v(1,η)= 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p1

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На

гранях

BC,

AD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

заданы

 

 

 

только

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.2. Плоская задача теории упругости.

 

 

 

 

 

 

статические

 

граничные

 

условия,

 

 

 

 

Изгиб пластинки в своей плоскости

 

однако,

 

перемещения

должны обращаться в ноль.

 

 

 

 

 

на

этих

гранях

не

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение задачи будем искать в виде двойных рядов:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p0 a

∞

 

∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u(ξ,η)=

 

∑∑ Amnux m (ξ) u y n (η) ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m=1n=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p0 a

∞

 

∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v(ξ,η)=

 

∑∑Bmn vx m (ξ) vy n (η),

 

 

 

(3.3.3)

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m=1n=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где C =

 

Eh

− жесткость пластинки на растяжение; h – толщина

 

−ν 2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пластинки; р0

− произвольное значение интенсивности нагрузки.

Для определения коэффициентов Аmn, Вmn, в соответствии с алгоритмом метода Ритца−Тимошенко приходим с системе алгебраических уравнений (3.1.7)

 

∑∞ (aklAmn Amn + bklAmn Bmn )= dklA ,

 

 

 

 

m=1

,

k, l = 1,2,3…

(3.3.4)

 

∑∞ (aklBmn Amn + bklBmn Bmn )= dklB ,

 

 

 

 

 

m=1

 

 

 

 

Коэффициенты системы aklA mn ,bklAmn , aklBmn ,bklBmn , dklA , dklB

в

соответствии с формулами (3.1.8)

с заменой индекса

m

при

функциях u, v на mn и индекса n на kl вычисляются по формулам:

a A mn = c

(u1

 

u

1 ) c

(u 0

u 0 )+

 

1 −ν

λ2 c

(u 0

u 0 ) c

(u1

u1 );

 

 

 

 

 

 

 

kl

ξ

 

m

 

 

k

η

n

l

 

2

 

 

 

 

 

ξ

 

 

 

m

k

η

n

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b A mn = λ

 

ν c

(v0

u1 ) c

(v1

u 0 )

+

 

1 −ν

c

(v1

u 0 ) c

(v0

u1 )

;

 

 

 

 

kl

 

 

 

 

ξ

m

 

k

η

n

 

l

 

 

 

 

2

 

 

 

ξ

m

k

η

n

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a B mn = λ

ν

c

(u1

v0 ) c

(u 0

v1 )

+

1 −ν

c

(u 0

v1 ) c

(u1

v0 )

;

 

 

kl

 

 

 

 

ξ

m

 

k

η

n

 

l

 

 

 

 

2

 

 

 

ξ

m

k

η

n

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a B mn = λ2

 

c

 

(v0 v

0 ) c

(v1

v1 )+

1 −ν

c

 

(v1

v1 ) c

(v0

v0 ). (3.3.5)

 

 

 

 

kl

 

 

ξ

m

k

η

n

l

 

 

 

2

 

 

ξ

 

 

m

k

η

n

l

 

 

 

 

Здесь введены обозначения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

ξ

(ϕ p ψ q )=

1 ϕ(p)(ξ) ψ (q)

(ξ)dξ ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

k

∫

x m

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]