Alisher navoiy nomidagi samarqand davlat
Download 1.83 Mb. Pdf ko'rish
|
Elastiklik nazariyasi
- Bu sahifa navigatsiya:
- Lame tenglamalari
2 0 . Ikkinchi tur asosiy masala. Ikkinchi tur asosiy masalada i f massaviy kuchlar va jismning S sirtida s k i x u ) ( ko‘chishlar ma’lum bo‘lganda, jism egallangan V hajm ichidagi nuqtalarda ) ( k i x u ko‘chishlarni va kuchlanish tenzori komponentalari ) ( k ij x larni aniqlash talab etiladi. Demak, bu holda chegaraviy shartlar s i i u u (5.9) ko‘rinishida bo‘ladi. Izlanuvchi ) ( k i x u va ) ( k ij x funksiyalar (5.3) yoki (5.4), (5.5) hamda (5.9) chegaraviy shartlarni qanoatlantirishlari kerak. 3 0 . Uchinchi tur asosiy masala. Chegaraviy shartlar aralash xarakterga ega bo‘lishlari mumkin. Birinchi tur asosiy masalada jismning butun sirtida kuchlanishlar, ikkinchi tur asosiy masalada jismning butun sirtida ko‘chishlar beriladi. Shunday masalalar ham uchrashi mumkinki, bunda jism sirtining ma’lum qismida kuchlanishlar, qolgan qismida esa ko‘chishlar berilishi mumkin. bunday holda masala aralash masala deyiladi. Faraz qilaylik, jism S sirtining S siqmida kuchlanishlar, u S qismida esa ko‘chishlar berilgan bo‘lsin. Tabiiyki, u S S S . Uchinchi tur asosiy masalada jism sirtining S qismida berilgan tashqi sirt kuchlari - , i F va qolgan u S qismida berilgan u s k i x u ) ( ko‘chishlar, hamda umumiy holda, berilgan i f massaviy kuchlar bo‘yicha jism egallagan V sohaning ichki nuqtalarida ) ( j i x u ko‘chishlarni hamda ) ( j ij x kuchlanishlarni aniqlash talab etiladi. Izlanayotgan to‘qqiz noma’lum funksiyalar bu holda (5.3) yoki (5.4), (5.5) tenglamalarni hamda 98 i su i i s j ij u u F n (5.10) chegaraviy shartlarni qanoatlantirishlari kerak. Yuqoridagi uch asosiy masaladan tashqari, elastiklik nazariyasining to‘g‘ri va teskari masalalarini ham farqlaydilar. Elastiklik nazariyasining to‘g‘ri masalasida yuqorida keltirilgan uch asosiy masaladan birini tashqi kuchlar berilgan holda yechish, ya’ni jismning kuchlangan - deformatsiyalangan holatini aniqlovchi ) ( k i x u va ) ( k ij x funksiyalarni jism egallagan V sohaning ichki nuqtalari uchun aniqlash talab etiladi. Ammo ta’kidlash lozimki, elastiklik nazariyasining to‘g‘ri masalasini yechish juda katta matematik qiyinchiliklarga olib keladi. Elastiklik nazariyasinning teskari masalasida ) ( k i i x u u ko‘chishlar yoki ) ( k ij ij x kuchlanishlar uzluksiz funksiyalar sifatida beriladi. Asosiy (5.1) (5.2), (5.3) yoki (5.4) hamda (5.5) tenglamalardan qolgan funksiyalar va berilgan i u ko‘chishlarni yoki kuchlanishlarni yuzaga keltiruvchi tashqi kuchlarni aniqlash talab etiladi. Teskari masalani yechish to‘g‘ri masalani yechishga nisbatan ancha oson kechadi. Agar bunda ko‘chishlar berilsa masala nisbatan juda oson yechiladi. ij kuchlanishlar berilgan holda i u ko‘chishlarni aniqlash uchun (5.1) tenglamalarni integrallashga to‘g‘ri keladi va ij kuchlanishlarni (4.2) uzviylik tenglamalari qanoatlanadigan qilib berishga to‘g‘ri keladi. Lekin baribir bunday masalani yechish to‘g‘ri masalani yechishga nisbatan oson. Lame tenglamalari Elastiklik nazariyasining to‘g‘ri masalasini, asosiy o‘zgarmaslar sifatida birinchi navbatda, yoki ) ( k i x u ko‘chishlarni yoki ) ( k ij x larni qabul qilib yechish qulay. To‘g‘ri masalani yechishning ana shu ikki yo‘li ko‘chishlarga nisbatan yechim yoki kuchlanishlarga nisbatan yechim deyiladi. Bunday holatlarda asosiy tenglamalar ham ko‘chishlarga nisbatan yoki kuchla-nishlarga nisbatan yozilishlari kerak. Quyida biz asosiy tenglamani (muvozanat tenglamalarini) ko‘chishlarga nisbatan keltirib chiqaramiz. Buning uchun (5.6) Guk qonuni yordamida (5.3) kuchlanishlarga nisbatan muvozanat tenglamalaridan kuchlanish tenzorining ) ( k ij x komponentalarini chiqarib tashlash zarur bo‘ladi. Guk qonunining (5.6) ifodasidan j x koordinata bo‘yicha hosila olamiz: ), ( , , , , ij j jj i j ij j ij u u (5.11) lekin i j j j i j ji j ij j i бj дx дx u д дx дx u д u u ij 2 2 , , , ; (5.12) u div дx дu дx дu дx дu u i j 3 3 2 2 1 1 , hamda i i i i jj i u дx u д дx u д дx u д u 2 2 3 2 2 2 2 2 1 2 , (5.13) bu yerda 2 orqali Laplas operatori belgilangan. Endi (5.12) va (5.13) ifodalardan foydalanib (5.11) - Guk qonunini quyidagicha yozish mumkin: ) ( , 2 , , i i j ij j ij u yoki . ) ( , 2 , i i j ij u (5.14) 99 Lekin v v v E v E v v Ev 2 1 ) 2 1 )( 1 ( 2 ) 1 ( 2 ) 2 1 )( 1 ( , i i j ij v u , 2 , 2 1 . yoki nihoyat: i i j ij v u , 2 , 2 1 1 (5.15) olingan (5.15) ifodani (5.4) muvozanat tenglamalariga qo‘ysak, i i i f v u , 2 2 1 1 (5.16) elastik muvozanatning ko‘chishlarga nisbatan tenglamalariga ega bo‘lamiz. Bu tenglamalar uchta differensial tenglamalar sistemasini aniqlaydi: . 2 1 1 ; 2 1 1 ; 2 1 1 3 3 3 2 2 2 2 2 1 1 1 2 f дx д v u f дx д v u f дx д v u (5.17) olingan (5.16) yoki undan kelib chiquvchi (5.17) tenglamalar Lame tenglamalari deyiladi. Lame tenglamalarini bitta vektor tenglama ko‘rinishida ishlatish ancha qulay. Buning uchun (5.16) tenglamalarni i э baziy vektoriga ko‘paytirish yetarli. , 2 1 1 , 2 i i i i i i э f э v э u lekin , 3 3 2 2 1 1 , grad э дx д э дx д э дx д э i hamda u э u u di i i , bo‘lganliklari uchun i f u div grad v u 2 1 1 2 (5.18) vektor tenglamaga ega bo‘lamiz. Ushbu tenglamani u rot rot u div grad u 2 ekanligini hisobga olib f u rot rot u div grad v v 2 1 ) 1 ( 2 (5.19) kabi ba‘zida ishlatish qulay bo‘lgan shaklda yozish mumkin. Ko‘p masalalarda massaviy kuchlarni hisobga olmaslik yoki nolga teng deb hisoblash mumkin. Bu holda Lamening (5.16) tenglamalari 0 2 1 1 , 2 i i v u (5.20) ko‘rinishni oladi. Bu tenglamani i x koordinata bo‘yicha differensiallab, 0 2 1 1 , , 2 ii i i v u tenglamaga ega bo‘lamiz. Lekin i i u , va 2 , ii 100 bo‘lganliklari uchun bu tenglamadan 0 2 1 ) 1 ( 2 2 1 1 2 2 2 v v v yoki 0 2 (5.21) ifodani olamiz. Bu ifoda massaviy kuchlar nolga teng yoki o‘zgarmas bo‘lganlarida - hajmiy deformatsiya Laplas tenglamasini qanoatlantirishini, va demak, garmonik funksiya ekanligini ko‘rsatadi. Endi (5.20) ga 2 - Laplas operatori bilan ta’sir etamiz 0 2 1 1 , 2 2 2 i i v u , lekin i , 2 2 ) ( bo‘lganligidan , 0 2 2 i u (5.22) ya’ni ko‘chish vektorining i u komponentalari bigarmonik funksiyasi ekan. Lekin bu narsa i u ko‘chishlar ixtiyoriy bigarmonik funksiya ekanligini anglatmaydi, chunki ular avvalo tartibi past bo‘lgan Lame tenglamalarini ham qanoatlantirishlari kerak. Agar masala ko‘chishlarga nisbatan yechilayotgan bo‘lsa, chegaraviy shartlar ham ko‘chishlar orqali ifodalanishi kerak. Ikkinchi tur asosiy masalada bu sohada muammo yo‘q. Ammo birinchi tur masalada (5.8) chegaraviy shartlarni ko‘chishlar orqali yozish kerak. Bu ishni uddalash uchun yana (5.6) Guk qonunidan foydalanamiz. Uning ikkala tomonini ham j n ga ko‘paytiramiz: ) ( , , j i j j j i j ij j ij n u n u n n lekin i ij j n n ; , 3 3 2 2 1 1 , дn дu n дx дu n дx дu n дx дu n u i i i i j j i ya’ni j j i n u , ko‘paytma ) ( k i x u funksiyadan jism sirtining shu nuqtasidagi normali bo‘yicha hosilasidan iborat bo‘lganligi uchun yuqoridagi tenglik: j i j i i j ij n u дn дu n n , ko‘rinishni oladi. U holda (5.8) chegaraviy shartlarni quyidagicha yozish mumkin: i S j i j i i F n дx дu дn дu n (5.23) Shunday qilib (5.16) Lame tenglamalari, birinchi tur asosiy masalada (5.23) chegaraviy shartlar bilan va ikkinchi tur asosiy masalada (5.9) chegaraviy shartlar bilan, ko‘chish vektorining hamma uchta i u komponentalarini to‘liq aniqlaydi. Ko‘chish komponentalari i u lar ma’lum bo‘lgach, (5.1) formulalar bilan deformatsi-ya tenzorining ij komponentalari va (5.6) Guk qonuni formulalari bilan kuchlanish tenzorining hamma ij komponentalari hisoblanadi. Boshqacha aytganda, jism istalgan nuqtasining kuchlangan-deformatsiyalangan holati to‘liq aniqlanadi. Elastiklik nazariyasining uchinchi asosiy masalasi ko‘chishlarga nisbatan yechilayotgan bo‘lsa, (5.10) chegaraviy shartlarni 101 i S i i s j i j i i u u F n дx дu дn дu n (5.24) ko‘rinishda foydalanish zarur bo‘ladi. Agar jism muvozanatda emas balki harakatda bo‘lsa, uning harakat tenglamalari (5.4) ko‘rinishda bo‘ladi. Ko‘rinib turibdiki, ushbu harakat tenglamalari ko‘chishlarga nisbatan quyidagi uch shaklda yozilishi mumkin: 2 2 2 2 2 , 2 2 1 1 ; 2 1 1 дt u д f u div grad v u дt u д f v u i i i i i (5.25) . 2 1 ) 1 ( 2 2 2 дt u д f u rot rot u div grad v v i Keltirilgan ushbu tenglamalarda tabiiyki, i u ko‘chishlar k x koordinatalardan tashqari, t vaqtning ham funksiyalari bo‘lishlari, ya‘ni ) , ( t x u u k i i bo‘lishi kerak. Elastik jismning harakati (5.25) tenglamalardan biri yordamida yechilayotganda (5.23), (5.9) yoki (5.24) chegaraviy shartlardan tashqari vaqtning 0 t payti uchun boshlang‘ich shartlar ham qo‘yilishi kerak. Boshqacha aytganda, 0 t bo‘lganda i u ko‘chishlar va ularning vaqt bo‘yicha birinchi tartibli hosilalari tezliklar дt дu i berilgan qiymatlarga ega bo‘lishlari kerak: ) 01 ( 0 ) 0 ( 0 ) , ( ) , ( i t k i i t k i u t t x дu u t x u . (5.26) Lame tenglamalarini qanoatlantiruvchi ko‘chish vektorini Papkovich-Neyber shaklida tasvirlash Faraz qilaylik jismga ta’sir etuvchi massaviy kuchlar bo‘lmasin. U holda bu jism muvozanati (5.20) tenglama bulan 0 2 1 1 , 2 i i v u kabi tavsiflanadi. Bu tenglamalarning yechimini i i i u , (5.27) ko‘rinishda izlaymiz. Bu yerda ) 3 , 2 , 1 ( i i - garmonik funksiyalar, ya’ni ) 3 , 1 ( . 0 2 i i . va - aniqlanishi kerak bo‘lgan biror skalyar funksiya. Ushbu (5.27) formulaga asosan hajmiy deformatsiya 2 , , , , j j j j j j j j u (5.28) i u ko‘chish va hajmiy deformatsiyani (5.20) Lame tenglamalariga qo‘yamiz: 0 ) ( 2 1 1 ) ( , 2 , , 2 2 i j j i i v , (5.29) 102 lekin , 2 , 2 2 ) ( ) ( 0 i i i va bo‘lganliklaridan 0 ) ( 2 1 1 ) ( , 2 , , 2 i j j i v yoki 0 ) 1 ( 2 , , 2 i j j v . (5.30) Ko‘rinib turibdiki, bu tenglama aynan qanoatlantiriladi, agar - skalyar funksiya 0 ) 1 ( 2 1 , 2 j j v (5.31) tenglamani qanoatlantirsa. Yuqorida (5.27) yechim ko‘rinishini qabul qilishda i funksiyalarning garmonik bo‘lishligini, ya‘ni 0 2 i ekanligini talab qildik. U holda i i, - hosilalar ham garmonik funksiyalar bo‘ladi, chunki . 0 ) ( ) ( , 2 , 2 i i i i (5.32) Ushbu holni hisobga olgan holda (5.31) ning ikkala tomoniga ham 2 Lamlas operatori bilan ta’sir etamiz. U holda ) ( ) 1 ( 2 1 ) ( , 2 2 2 i i v bundan , 0 ) ( 4 2 2 (5.33) ya’ni (5.27) yechidagi - skalyar funksiya bigarmonik funksiyadan iborat bo‘lishi kerak ekan. Istalgan garmonik funksiya bigarmonik funksiya ham bo‘ladi, chunki . 0 ) ( 2 2 4 (5.34) Agar , 0 2 y ya’ni garmonik funksiya bo‘lsa, i i x funksiyalari bigarmonik funksiyalar bo‘lishligini isbotlash qiyin emas. Haqiqatan ham, misol uchun 1 1 x funksiyani qaraylik. ; ) ( ; ) ( ; 2 ) ( ; ) ( 22 , 1 22 , 1 2 , 1 2 , 1 11 , 1 1 , 11 , 1 1 , 1 1 , 1 x x x x x x x x (5.35) 33 , 1 33 , 1 3 , 1 3 , 1 ) ( ; ) ( x x x x , hamda 0 33 , 22 , 11 , 2 bo‘lganligidan 1 , 2 1 1 , 33 , 3 22 , 1 11 , 1 1 , 33 , 1 22 , 1 11 , 1 1 2 1 2 2 2 2 ) ( ) ( ) ( ) ( x x x x x x x x ya’ni 1 , 1 2 2 . (5.36) U holda 0 ) 2 ( 2 ) 2 ( 2 ) 2 ( ) ( 1 , 2 1 , 2 1 , 2 1 2 2 1 4 (5.37) shuni isbotlash talab etilgan edi. (5.32) yoki (5.37) tengliklardan garmonik funksiyaning hosilasi ham yana garmonik funksiya bo‘lishligi kelib chiqadi. Keltirilgan mulohazalarga asoslanib (5.31) tenglamaning xisisiy yechimini k k Cx (5.38) 103 ko‘rinishida izlaymiz, bu yerda C - o‘zgarmas. Ushbu tenglikni i x koordinata bo‘yicha ketma-ket differensiallaymiz: ), ( ) ( , , , , i k k i i i k k i x C x C (5.39) ). ( ) ( , , , , , ij k k i j j i ij k k ij x C x C Endi (5.39) tenglamani i va j indekslari bo‘yicha S vertkalab, ya’ni j i qilib olib, ) ( , , , , 2 ii k k i i i i ii x C ifodani olamiz. Lekin 0 ) ( 2 , k ii k bo‘lgani uchun bu yerdan i i C , 2 2 (5.40) Endi (5.40) va (5.31) larni solish tirsak , ) 1 ( 4 1 v С (5.41) ya’ni (5.38) yechimdagi o‘zgarmasni aniqlaymiz. Bir jinsli bo‘lmagan (5.31) tenglamaning umumiy yechimi uning (5.38) xususiy yechimi bilan ixtiyoriy 0 garmonik funksiyalar yig‘indisiga teng bo‘lishi kerak, ya’ni . ) 1 ( 4 1 0 k k x v (5.42) U holda (5.20) Lame tenglamalarining umimiy yechimi (5.27) va (5.42) larga asosan to‘rtta ixtiyoriy, o‘z aro bog‘lanmagan va garmonik funksiyalar orqali quyidagicha tasvirlash mumkin: i k k i i x v u , 0 ) 1 ( 4 1 (5.43) Ma’lumki u ko‘chish vektori i i э u u kabi aniqlanadi. Shuning uchun ham (5.43) ifoda bir jinsli izotrop jism nuqtasining (5.20) Lame tenglamasini qanoatlantiruv-chi u ko‘chish vektorining to‘rtta 3 2 1 0 , , , garmonik funksiyalar bilan tasviridan iboratdir. Ushbu ifoda birinchi marta P.F.Papkovich (1932) va Neyber (1934) lar tomonidan taklif etilganligi uchun ularning nomi bilan Papkovich-Neyber tasviri deb yuritiladi. Ko‘pincha (5.43) ifoda (5.20) Lame tenglamalarining umumiy yechimi deb ham yuritiladi. Bu ifodani j x koordinata bo‘yicha differensiallab hamda (5.39) ning ikkinchi tengligini hisobga olib, ij ij k k i j j i j i ij ij k k j i j i v x v v x v u , 0 , , , , , 0 , , , ) 1 ( 4 1 ) ( ) 1 ( 4 1 ) 1 ( 4 1 ) ( ) 1 ( 4 1 tenglikka ega bo‘lamiz. Bu ifodani i va j indekslar bo‘yicha svertkalab, 0 , 2 ii k k va , 0 , 0 0 2 ii ekanliklaridan i i i i v v u , , ) 1 ( 2 2 1 (5.44) ifodani olamiz. Yuqoridagi j i u , ning ifodasida umu-miylikni kamaytirmasdan 0 0 deb hisoblash mumkin. U holda ) ( ) 1 ( 4 1 , , , , , ij k k i j j i j i j i x v u (5.45) Olingan (5.44) va (5.45) formulalarni Guk qonunining (5.6) ifodasiga qo‘ysak, kuchlanish tenzori komponentalarining ) 3 , 2 , 1 ( k k garmonik funksiyalar orqali ifodasiga ega bo‘lamiz: 104 . ) )( 2 1 ( 2 ) 1 ( 2 , , , , ij k k i j j i ij k k ij x v v v (5.46) Ushbu ifoda kuchlanishlarning ) 3 , 2 , 1 ( k k garmonik funksiyalar orqali tasvirlanishidan iboratdir. Download 1.83 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling