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

книги из ГПНТБ / Волны в двухкомпонентных средах

..pdf
Скачиваний:
20
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
6.29 Mб
Скачать

200

 

 

 

 

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 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