
- •Механіка суцільного середовища
- •Кінематика суцільного середовища
- •Основні поняття і задачі механіки суцільного середовища
- •Способи задання руху суцільного середовища
- •Розділ 2 елементи гідродинаміки
- •2.1. Основні поняття і формули векторного аналізу
- •2.2. Рівняння неперервності руху ідеальної рідини
- •2.3. Рівняння Ейлера
- •2.4. Гідростатика
- •2.5. Умова відсутності конвекції
- •2.6. Рівняння Бернуллі
- •Основи теорії пружності (теорія деформації)
- •3.1. Вектор зміщення і деформований стан
- •3.2. Тензор деформації
- •3.3. Перетворення компонент тензора деформації при заміні системи відліку
- •3.4. Головні напрямки тензора деформації. Головні осі і головні деформації
- •3.5. Визначення компонент вектора зміщення через компоненти тензора деформації
- •3.6. Визначення зміщень через компоненти тензора відносного зміщення
- •Основи теорії пружності (теорія напружень)
- •4.1 Зовнішні сили. Вектор напруження. Напружений стан тіла
- •4.2. Тензор напружень
- •4.3. Диференціальні рівняння рівноваги пружного тіла. Симетричність тензора напружень
- •4.4. Перетворення компонент тензора напружень при повороті системи координат
- •4.5. Головні напруження і інваріанти тензора напружень
- •Основи теорії пружності (співвідношення між компонентами тензора напружень)
- •5.1. Узагальнений закон Гука
- •Основи теорії пружності (основні рівняння і задачі теорії пружності)
- •6.1. Основні рівняння теорії пружності
- •6.2. Основні задачі статики пружного тіла
- •6.3. Пряма і обернена задачі теорії пружності
- •6.4. Рівняння пружної рівноваги в зміщеннях
- •6.5. Основні рівняння в напруженнях
- •Застосовуючи до (6.32) оператор Лапласа, одержимо
- •6.6. Напівобернений метод Сен-Венана
- •6.7. Принцип Сен-Венана
- •Найпростіші задачі теорії пружності
- •Метод суперпозиції
- •Основи теорії пружності (плоска задача теорії пружності)
- •7.1. Плоска деформація
- •7.2. Плоский напружений стан
- •7.3. Узагальнений плоский напружений стан
- •7.4. Основні рівняння плоскої теорії пружності. Зведення до бігармонічної проблеми
- •7.5. Плоска задача в декартових координатах
- •Нехай функція напружень має вигляд полінома третього степеня
- •Виберемо функцію напружень у вигляді полінома четвертого степеня
- •Якщо розглядається друга гранична задача, то граничні умови мають вигляд
- •8.2. Зведення основної задачі до бігармонічної проблеми
- •8.3. Задачі, в яких напруження залежать тільки від
- •Задачі, в яких напруження залежать від і
- •Підставляючи (8.67) у (8.64), одержимо формули для напружень
- •Застосування функцій комплексної змінної до розв’язування задач плоскої теорії пружності
- •9.1. Комплексне подання функції напружень
- •Розглянемо основне рівняння плоскої теорії пружності
- •9.2. Комплексне подання компонент тензора напружень і вектора зміщень
- •9.3. Степінь визначеності і структура комплексних потенціалів
- •9.4. Перетворення рівнянь плоскої задачі теорії пружності при конформному відображенні
- •9.5. Двосторонній розтяг нескінченної площини з еліптичним отвором
- •Список літератури
9.4. Перетворення рівнянь плоскої задачі теорії пружності при конформному відображенні
Розв’язання
задач плоскої теорії пружності для
областей, обмежених деякими гладкими
некруговими контурами, істотно
спрощуються, якщо використати подання
компонентів тензора напружень і вектора
зміщень в ортогональній криволінійній
системі координат
,
яка встановлюється для заданої області
площини
на підставі так званого конформного
відображення (перетворення) цієї області
на зовнішність (або внутрішність)
одиничного кола.
Розглянемо
дві площини: фізичну площину
і деяку параметричну комплексну площину
.
Нехай комплексні змінні
і
зв’язані між собою співвідношенням
, (9.59)
де
– однозначна аналітична функція в
області
на площині
.
Рівність (9.59) ставить у відповідність
кожній точці
в площині
точку
в площині
.
Таким чином можна зробити висновок, що,
згідно з рівністю (9.59), точкам області
на площині
відповідають точки деякої області
в площині
і навпаки. В такому разі говорять, що
функція (9.59) здійснює однозначне
(конформне) відображення області
на область
і навпаки. При цьому функція
повинна бути однозначною і
в кожній точці області
.
Обмежимося
розглядом області
двох типів:
-
однозв’язна скінчена область, яка обмежена простим замкненим контуром
;
-
нескінченна область
, яка обмежена простим замкненим внутрішнім контуром
.
Область
першого виду будемо відображати на круг
,
а область другого виду – на область
,
тобто на нескінченну площину з круговим
отвором радіусом
.
Контур
круга
будемо позначати через
,
а його довільну точку – через
.
При
розв’язуванні плоскої задачі методом
конформного відображення функції
,
необхідно виразити через нову змінну
,
яка вводиться співвідношенням (9.59), а
також перетворити основні формули
плоскої задачі. Величини
і
можна розглядати також як криволінійні
координати точки
на площині
.
Функції Колосова-Мусхелішвілі приймають вигляд
;
. (9.60)
Зрозуміло,
що функції
,
відмінні від функцій
,
.
Однак для простоти позначень для функцій
,
умовно збережемо позначення
,
.
Приймаючи цю домовленість, одержимо
;
, (9.61)
де враховано, що
.
Аналогічно маємо
, (9.62)
де
.
Враховуючи рівності (9.61), (9.62), із (9.30) знаходимо
. (9.63)
Відносно
ортогональних криволінійних координат
,
в площині
,
які одержуються при конформному
відображенні, на підставі (8.4) визначаємо
. (9.64)
Обчислимо
величину
.
З цією метою припустимо, що точка
зміститься на величину
вздовж лінії
.
В такому разі
. (9.65)
З
іншого боку, оскільки точка
зміщується вздовж лінії
,
для якої криволінійна координата
,
маємо
. (9.66)
Згідно з формулою (9.59) можна записати
. (9.67)
На основі рівностей (9.65) – (9.67) знаходимо
;
;
. (9.68)
Тоді формула (9.64) запишеться у вигляді
. (9.69)
Перейдемо
тепер до визначення компонент тензора
напружень в криволінійній системі
координат
.
Ці компоненти будемо позначати через
,
,
.
Вони збігаються з відповідними
компонентами
,
,
в прямокутній системі координат
,
якщо її початок взяти в розглядуваній
точці
,
а вісь
напрямити вздовж осі
.
Враховуючи це, а також беручи до уваги
формули (8.8), (8.9), одержимо
;
. (9.70)
На підставі (9.32), (9.33) із (9.70) знаходимо
;
. (9.71)
Із формул (9.71) випливає
. (9.72)
Граничні
умови для визначення комплексних
потенціалів
,
одержимо з граничних умов (9.37), (9.38) при
відповідній заміні змінної
,
коли
,
а
,
де
.
Враховуючи це, згідно з (9.37), для першої
основної задачі маємо таку граничну
умову
, (9.73)
де
величина
визначається за формулою
. (9.74)
Зауважимо,
що в правій частині (9.74) змінну
(після обчислення інтеграла) можна
замінити змінною
,
згідно з перетворенням (9.59).
Для другої основної задачі на підставі (9.38), маємо таку граничну умову
, (9.75)
де
,
– граничні значення компонент зміщень
,
на контурі
.
Для
встановлення структури комплексних
потенціалів
і
в необмеженій області
необхідно спочатку встановити структуру
відображуючої функції
.
Якщо
області
і
необмежені і їх безмежно віддалені
точки відповідають одна одній, то функція
має вигляд
, (9.76)
де
– стала.
Підставляючи (9.76) в (9.58), знаходимо
;
. (9.77)
Тут
,
– голоморфні функції в області
.