книги из ГПНТБ / Волны в двухкомпонентных средах
..pdf200
|
|
|
|
д Ч |
|
|
|
- J i / ^ F + £ г & р г + v h i |
d t >> |
|
|
||||
(fi-Jr ) 0 |
|
£ & |
|
|
|
||
4 (Л +Л ) д х г |
|
|
|
||||
-■kr^t 4,Х-Гдр -vl3t |
Э{>' |
|
- ' |
||||
Граничные условия при X = 0 в |
обобщенных потенциалах |
||||||
поперечных волн выразятся следующим образом: |
|||||||
~ |
(jt, h ) O jci - (j/s + А ) |
=^“ |
^ |
L |
|||
|
|
|
|
|
|
|
(7 .2 .4 ) |
ойпу- |
<^3 -M J |
|
|
|
|
|
|
При |
х —* оо |
условия |
затухания дают |
% |
Л |
||
Начальные |
условия, как |
и в предыдущей |
задаче считаем |
||||
нулевыми, т .е . |
при t 4 0 |
|
|
|
|
||
( 1 / . ь Ж с Ф - Ж . - |
|
|
(7 .2 .5 ) |
||||
ъ |
|
9t |
- r*-~ Н'о. |
|
|
||
Применяя преобразование Лапласа по 7^ |
|
|
|||||
% o ( X , p ) ^ J d P i% ( x ^ ) c / t |
; 1~ 1,2, |
|
|||||
О
перепишем в пространстве изображений уравнения движения:
SJL
9 х г
( £ Р г + - ? р Ж о + ( & / * - т % о ,
201
®(ЛгP1'-^P)К +(fzzPZ+)>P)Ко.
Граничные |
условия при |
х |
= О принимают вид: |
|
||
|
^г\У |
|
|
|
ой W |
|
( А - Л |
г ) ^ |
* (JU S |
|
--(1-к) F, IP) , |
||
|
|
|
|
Л |
, |
|
|
|
+ ( / < г - Л г 1 ' ^ = - > с £ ( Р ) . |
(7 .2 .7 ) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
Как и в первом разделе |
главы: |
|
||||
|
К . |
= « ■ , |
|
|
|
|
|
4 i . = f £Л . |
|
|
(7 .2 .8 ) |
||
Подставив (7 .2 .8 ) |
в (7 .2 .6 ), получаем два |
однородных |
||||
уравнения Гельмгольца: |
|
|
|
|
||
д 2СОй =£i(P)CJco, |
|
i-i.Z, |
(7 .2 .9 ) |
|||
д х г |
|
|
|
|
|
|
где |
|
|
|
|
|
|
у ( F ) . ( Я Р ^ ^ Р ) ^ Ш г Р г - ^ Р ) |
|
|||||
|
( J l +As) |
+ |
( ju 2 -As) |
|
||
(jUi -AT) |
(J^V +AS) |
? |
||
|
|
|
|
(7 .2 .10) |
причем |
определяется |
из квадратного уравнения |
||
ft-z + До j f " |
Во - 0 |
f |
коэффициенты которого равны: |
|
202
j |
J t t C f t z - t J r ' I - a J . M ^ г ) ] р + С Я - Я ) \ > . |
|
■° |
) ] p ~ ( j / 3 +jVz)\> ' |
( 7 . 2 . I I ) |
g |
_ ^J/2 С,(У, + Л г ) |
(JU 3 - J |
, ) ] |
P___________ |
|
|||
° |
[ & |
( j " z + Л ) |
- J L (/W3 |
- J s ) ] P - ( f i * + J b t f |
|
|||
__________________ С Л л + J * J ? ________________ |
|
|||||||
|
f e C / ^ + Л ) - f 2z(jUz - Л г ) ] Р - № + Р г ) ) |
’ |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
( 7 . 2 . 1 2 ) |
|
Анализ крэф.ициентов j^0 |
и |
Ва дает |
нам для |
ffi выра |
|||
жения, аналогичные при малых |
•) |
выражениям для |
Yfe ,т .е . |
|||||
|
|
~ f i o л '$'и~ Т ~ + ° ( ^ |
> |
|
( 7 . 2 . 1 3 ) |
|||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-Q ± VQ2 + //Cot' |
|
|
|
|
||
|
lio ~ - |
2.0L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
vc |
- Q ± h z +^CoL |
|
f |
,f> |
|
|
|
|
|
-----------2 ^ ---------- Г A |
|
|
||||
|
-a^CPibCcL11 (gg -+zcj +zdoc) |
|
||||||
|
(-a |
± h 2 +*<c*) № |
+ 4 а ы Г |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
( 7 . 2 . 1 4 ) |
|
Здесь приняты |
следующие |
обозначения: |
|
|
|||
Q =?,! ( / 4 + А - ) ~ Л г ( Л -t-Jr) ,
203
C ~ fiz 0*4 +Лг) -j?, (JUZ - J r ) ,
|
°t = ~ -(j'3+ J4> ) , |
|
|
|
|
||||
cL- J >iz(jU z-+Isr) |
- & г ( № ~ Л г ) } |
|
|
||||||
|
J3 - - ( J U s +j u J , |
|
|
|
|
(7 .2 .15) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Общим решением уравнений (5 .2 .9 ) |
являются функции |
||||||||
CJ,'0 = Ссе-М ер/? |
+3 г :вЩр)--X. |
С 0 , 2 |
(5.2.16) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
причем условие |
О со~* |
О |
при |
Ж —>оо |
|
дает 6i- = 0. |
|||
Выражения для |
il£ jp)' |
находим после |
подстановки в |
||||||
(7 .2 .1 0 ). |
Имеем, |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ш р7 ^ р £с-о |
|
+осW, |
|
|
(7 .2 .17) |
||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о-' |
. J UM'+Ar)+(,/Us~JsP |
|
|
|
(7 .2 .18) |
||||
*'° |
' • |
Л W o |
Л |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|||||
D _ |
i, [ |
^ '/*10 |
|
_ |
|
|
|
|
|
и =2- L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Оз ~Ог) |
7./ |
.Я» |
(TioJ7'2 |
|
|
|||
(/w.Or)-f^o(/v3-Л)Jf W°W3~Л;) .
(7.2.19)
204
Так как по принципу суперпозиции обобщенные потенциалы выражаются формулами:
|
|
^ |
(7 .2 .20) |
|
то, |
подставив |
(7 .2 .20) в граничные условия |
(7 .2 .7 ), |
полу |
чим систему уравнений для определения коэффициентов |
С{ и |
|||
С2 |
при ЗС. = 0 : |
|
|
|
|
l(ju,-Xr) |
(jus-t-h)UA?)C,(P) + |
|
|
|
+ [ ( / u , - J r ) + & ( j u i ш ] 6 c p ) C a p ) = |
* y p i p ) ■ |
||
|
Г ( Л + Л ; |
- A j 7 £ f/?j £ V p ; + |
|
|
f l(jU ^ Jls )^ (jU z - Jr )U fp ) Сг(р) = -Ы (р ).
|
|
|
|
|
(7 .2 .21) |
Отсюда получаем |
|
|
|
|
|
С , - ^ Ш ) |
|
, |
Сг ^ К ( Р ) , |
|
|
: |
) |
[ |
( - iM/ A] i |
f P h |
(7.2.22) |
+ К1Д /V, - i r j |
+ <£ ( / / 5 + М ] 4 г ( P) |
7 |
(7 .2 .23) |
||
A ^ - k[(ju,-Jr) -ttf {Jis+A№ (P) 4 |
|
||||
4w +jc;[(a ^ |
|
-M7& (p) ) |
(7 .2 .2 4 ) |
||
205
A~[( J4, -Jr) +jf±(ju3 -t-Js)] (P)[(ju3-I-Jr) +
+^~z(jUz ~Jr)] {>2(P) ~
[iflзЛг) |
ijuz-Jr)]it (P)I(JU, -Jr)+ |
+ f z ( j U 3 + b ) ] & ( p )
( 7 . 2 . 2 5 J
Для малых значений V коэффициенты Ci(p) как и в.' предыдущей задаче, можно выразить приближенной формулой:
|
Р . / п л - П |
М Р ) |
. |
(7.2.26)' |
|
|
|
|
р (р + Г Л ) > i = i,Z j |
||
гда |
/ |
|
|
/ |
|
|
D = ^ |
|
R |
|
|
|
А |
' |
Ь г ~ Д |
( 7 . 2 . 2 7 ) |
|
Здесь определители имеют следующие значения: |
|||||
A 'i = { * [ ( / f , - м |
( л + а ; 1 - |
|
|||
|
- ( i - k ) l( ju s + Л ) i f 20( j u z - J r )] } С о ; |
||||
Л г ~ l(i-ic)[(jU ^ X r) |
+fc o (jtg - Jr )] - |
||||
|
' Kk f . ~JrJ + J*io(j<3 +JrJ-li &0 |
I |
|||
A |
- [(jU, - Jr) |
+fa |
( |
+J r)] * |
|
|
|
206 |
X |
+Ar) ^$ 2 0 ( |
A?)! |
- |
I(jV3 + Лг ) + & ( > |
, - A r )] * |
x [( /и, - Л г ) + <&> ( j u 3 4- As-)].
( 7 . 2 . 2 8 )
Коэффициент '£7 равен:
( 7 . 2 . 2 9 )
ёсо
Теперь мы можем сразу выписать решение задачи по аналогии с первым разделом главы:
Таким образом, характер распространения |
сдвиговых |
волн |
|||
в полупространстве при |
наличии диффузии тот же, что и у про |
||||
дольных волн, и полученные результаты |
отличаются лишь |
чис |
|||
ленными значениями. |
|
|
|
= Р0 = ( b n * t |
|
В качестве примера |
рассмотрел случай |
||||
для поперечных волн. |
UdA) - J |
R> |
-? Л . |
Учиты |
|
вая это, выпишем выражения для"обобщенных потенциалов: |
|
||||
Д. |
i'fi) |
у |
t у- |
I |
|
Ро |
( 7 . 2 . 3 2 ) |
|
207 |
|
у y & - Щ х . + ъ Н ) |
Ро |
2 6 |
х (t ~ ~ £ г )г м (t ~ ~jk ]
еГо
(7 .2 .3 3 )
Отсюда находим вторые производные по х ;
£ Щ - £ ь (*,» >
А . э2!^ - У * ,п |
,, |
L=i |
(7 .2 .34) |
где
бс e (S,',x + r ; t] {zMio&u ( i - z l o ) +
+ & } Н Ы ~ х &о).
|
(7 .2 .35) |
Для расчета напряжений необходимо подставить выражения |
|
(7 .2 .34) |
в (7 .2 .4 ). |
На рис. |
35 приведены графики зависимости напряжений от |
расстояния и времени для различных значений пористости,по лученные при следующих исходных данных:
?гь Ч Ы О * |
J4t =0,3(H07£ |
Z ; 1Сг = 0,30, |
J b = - Q o a f ; |
ju b* 0,20-10*£ г i |
Ю3 =0,Щ |
|
М =0,10-I0*g£t ' |
|
(Эху, Jlxу
<эУц при К=0, У = О
Рио.35.
209
В качестве аргумента привета суммарная величина \>(£tlX + Z ii) , учитывая оба фактора затухания.
Графики показывают, что с увеличением пористости напря жения у первой компоненты уменьшаются, а у второй - возрас тают, что объясняется следующим: с увеличением пористости доля внешних воздействий, приходящихся на первую компонен ту и пропорциональная величина ( * - £ ) уменьшаются , и нао-.-^- борот, для второй компоненты возрастает, будучи пропорцио нальны величине К. Суммарная же величина напряжений при данном значении параметров среды практически не зависит от пористости, а на границе среды в точности равна величине внешней нагрузки при всех значениях К.
Выше указывалось, что при К— *'0 полученные ранее фор мулы дают решение для однокомпонентного полупространства. На графике это выражается тем, что с#гу = 0 пои К —> 0.
Продольные и поперечные волны в двухкомпонентном слое, жестко связанном с однокомпонентным
полупространством
Рассмотрим упругий двухкомпонентный слой толщины h , ле жащий на однокомпонентном упругом полупространстве и жестко связанный с последним / 6 J .
I . Пусть на поверхносг ~ |
;йствует |
нормальное |
напряжение интенсивности |
В этом случае на |
|
основании изложенного ранее, |
как в слое, так |
и в полупрост |
ранстве будут распространяться продольные одномерные волны. Уравнения движения среды будут:
I) для двухкомпонентного слоя
