- •1. Некоторые сведения из механики композиционных материалов
- •1.1. Основные соотношения теории упругости гетерогенной анизотропной среды [1, 2, 3]
- •1.2. Некоторые определения и исходные предпосылки. Представительный элемент объема [4–14]
- •1.3. Эффективные определяющие соотношения
- •1.4. Алгоритм решения задач механики композитов
- •2. Преобразования симметрии в механике волокнистых композитов
- •2.1. Преобразования симметрии. Группы симметрии
- •2.2. Преобразования симметрии абсолютных тензоров четвертого, второго и первого рангов
- •2.3. Анизотропные тела и макроскопически анизотропные среды (принцип Неймана)
- •2.4. K вопросу о постановке граничных условий
- •2.5. Постановка граничных условий
- •2.6. Граничные условия в задаче о поперечном растяжении
- •2.7. Граничные условия в задаче о поперечном сдвиге
- •2.8. Граничные условия в задаче о продольном сдвиге
- •2.9. Энергетические соотношения
- •3. Эффективные физико-механические характеристики boлоkhиctых композитов. Алгоритмы
- •3.1. Определение эффективных модулей Юнга и коэффициентов Пуассона
- •3.2. Определение эффективных коэффициентов линейного температурного расширения
- •3.3. Определение эффективных коэффициентов теплопроводности
- •3.4. Определение эффективных модулей сдвига
- •4. Эффективные физико-механические характеристики волокнистых композитов. Численные результаты, сравнительный анализ
- •4.1. Макроскопически ортотропная трехфазная гетерогенная среда. Эффективные модули Юнга, коэффициенты Пуассона, коэффициенты линейного температурного расширения и модули сдвига
- •Основные параметры конечно-элементных моделей
- •4.3. Некоторые оценки и методы определения эффективных характеристик. Сравнительный анализ
- •4.4. Макроскопически ортотропная пятифазная гетерогенная среда. Эффективные коэффициенты теплопроводности
2.2. Преобразования симметрии абсолютных тензоров четвертого, второго и первого рангов
Введем в рассмотрение абсолютные тензоры [19]: – тензор четвертого ранга; – тензор второго ранга; Vi – тензор первого ранга (вектор), причем тензоры и удовлетворяют следующим условиям симметрии: ; следовательно, тензор содержит 21 независимый компонент; тензор t содержит 6 независимых компонентов; вектор V содержит 3 независимых компонента.
Пусть – исходная прямолинейная ортогональная система координат, a – новая система координат, получающаяся из исходной преобразованиями симметрии (2.2.1); – косинус угла между осями и ; , – единичные векторы, задающие направления новой оси и старой оси. При переходе от исходной системы координат к новой системе координат при помощи преобразования симметрии компоненты тензоров и V преобразуются по следующим правилам:
Результаты применения восьми преобразований симметрии (2.1.2) к тензорам , V содержатся в таблицах 2.1, 2.2, 2.3.
Первые столбцы этих таблиц содержат компоненты тензоров в исходной системе координат, что является результатом применения операции тождественности.
Таблица 2.1
Таблица инвариантности (преобразования симметрии абсолютного тензора четвертого ранга )
|
|
|
|
|
|
|
|
C1111 |
C1111 |
C1111 |
C1111 |
C1111 |
C1111 |
C1111 |
C1111 |
C1122 |
C1122 |
C1122 |
C1122 |
C1122 |
C1122 |
C1122 |
C1122 |
C1133 |
C1133 |
C1133 |
C1133 |
C1133 |
C1133 |
C1133 |
C1133 |
C1123 |
C1123 |
C1123 |
– C1123 |
– C1123 |
C1123 |
– C1123 |
– C1123 |
C1131 |
C1131 |
– C1131 |
C1131 |
– C1131 |
– C1131 |
C1131 |
– C1131 |
C1112 |
C1112 |
– C1112 |
– C1112 |
C1112 |
– C1112 |
– C1112 |
C1112 |
C2222 |
C2222 |
C2222 |
C2222 |
C2222 |
C2222 |
C2222 |
C2222 |
C2233 |
C2233 |
C2233 |
C2233 |
C2233 |
C2233 |
C2233 |
C2233 |
C2223 |
C2223 |
C2223 |
– C2223 |
–C2223 |
C2223 |
– C2223 |
– C2223 |
C2231 |
C2231 |
– C2231 |
C2231 |
– C2231 |
– C2231 |
C2231 |
– C2231 |
C2212 |
C2212 |
– C2212 |
– C2212 |
C2212 |
– C2212 |
– C2212 |
C2212 |
C3333 |
C3333 |
C3333 |
C3333 |
C3333 |
C3333 |
C3333 |
C3333 |
C3323 |
C3323 |
C3323 |
– C3323 |
– C3323 |
C3323 |
– C3323 |
– C3323 |
C3331 |
C3331 |
– C3331 |
C3331 |
– C3331 |
– C3331 |
C3331 |
– C3331 |
C3312 |
C3312 |
– C3312 |
– C3312 |
C3312 |
– C3312 |
– C3312 |
C3312 |
C2323 |
C2323 |
C2323 |
C2323 |
C2323 |
C2323 |
C2323 |
C2323 |
C2331 |
C2331 |
– C2331 |
– C2331 |
C2331 |
– C2331 |
– C2331 |
C2331 |
C2312 |
C2312 |
– C2312 |
C2312 |
– C2312 |
– C2312 |
C2312 |
– C2312 |
C3131 |
C3131 |
C3131 |
C3131 |
C3131 |
C3131 |
C3131 |
C3131 |
C3112 |
C3112 |
C3112 |
– C3112 |
– C3112 |
C3112 |
– C3112 |
– C3112 |
C1212 |
C1212 |
C1212 |
C1212 |
C1212 |
C1212 |
C1212 |
C1212 |
Приведенные таблицы уместно назвать таблицами инвариантности, ибо в них содержится информация об инвариантности или неинвариантности (смене знака) компонентов тензоров , V относительно преобразований симметрии (2.1.2).
Таблица 2.2
Таблица инвариантности (преобразования симметрии абсолютного тензора второго ранга t)
|
|
|
|
|
|
|
|
t11 |
t11 |
t11 |
t11 |
t11 |
t11 |
t11 |
t11 |
t22 |
t22 |
t22 |
t22 |
t22 |
t22 |
t22 |
t22 |
t33 |
t33 |
t33 |
t33 |
t33 |
t33 |
t33 |
t33 |
t12 |
t12 |
– t12 |
– t12 |
t12 |
– t12 |
– t12 |
t12 |
t23 |
t23 |
t23 |
– t23 |
– t23 |
t23 |
– t23 |
– t23 |
t31 |
t31 |
– t31 |
t31 |
– t31 |
– t31 |
t31 |
– t31 |
Таблица 2.3
Таблица инвариантности (преобразования симметрии абсолютного тензора первого ранга V)
|
|
|
|
|
|
|
|
V1 |
– V1 |
V1 |
– V1 |
– V1 |
– V1 |
V1 |
V1 |
V2 |
– V2 |
– V2 |
V2 |
– V2 |
V2 |
– V2 |
V2 |
V3 |
– V3 |
– V3 |
– V3 |
V3 |
V3 |
V3 |
– V3 |