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文档简介
§11§111数学上的变分法:求解泛函的极值方弹性力学中的变分法y=f(x)I=I[f(yyAy(x)BaxbL=
1+(bb
)2dxbab
1+(y')2bI[y(x)]=b
f(x,
dxy(x)2、函数的微分
=y'(x)dx记dyyxyx若dyx)很小,但dyy'y(*)并不小,称为零阶接近度;若dyx)很小,dy称为一阶接近度;
y'也很小,接近度阶数越高,则两条曲线越接近(dy)=y(x)-y(xd(y)=(y)' d(=(y) bI=af(x,y,y)dxDf=f(x,y+dy,y+dy)-f(x,y,=
dy
y¢f的一阶变分,表示为df=¶fdy+¶fdy bbb=bb
f(x,y+dy,y(x)+dyx-
f(x,y,y)dx=a[f(x,y+b
y,y+dy)-f(x,y,y)]dx
f(dy及dy的高阶项b定义泛函IbdI
a(df又dI(a
f(x,y,ybbabab
f(x,y,y'
df(x,y,y')dxaa则称函数y(x)在x=x0
dy=0当
x=
0时,称yyx0)取极值的必要条件为dy0 y'(x)= y''(x)<
yx)y''(x)
0y''(x)>y''(x)=
yx)为极小泛函IIyx)]在yyox)处有极值则在yyox)处必有dI0o当dIyx)]yyxo
0称Iy
为驻值泛函IIyx)]取得极值的必要条件充分条件
I d2I0d2I I d2
¶ ¢¶aI=[(dya
+d
f讨论
I=
f(x,y,y')dxbb
y(b)=dI
b(
dy
y)dx
b b=ab
dy)dx d
-
)d y¢
y¢=b[
-
(¶f)]dydx= dy是任意的,¶f-
(¶f
y¢ bb==
f(x,y,y'边界条件任
-d(¶f)= y'
x=a=
x=b=
()§112应变能与余应变
dW:VedVe=fiduidv+ fiδuidv+σijnjδuids =fiδuidv+(σijδui),jdv VV=fiδuidv+(σij,jδui+sijδui,j)dvVV=(σij,j
+fi)δuidv+sijδui,jdvVVe=σijδεijdvV密度)为ve Ve=vedv 得
sij vesijijsij
=ijve的表达式设初始状态sijij受载后sij,ij在状态1的应变能密度ve
t1σ*δ s、 s、
e*:0fite(0£t£ s*:0fi
(0£t£\
δε*
tσεt t0
0=1σ
ve(e)
s0σvc(s)
ε(s)d0
Vc=vcdvVvε+vc=sijijvε=
=1sjj2§§113e=1 + x˛
i, ji=ui x˛Su与ui对应的sij
+fi= x˛s =t x˛
与真实位移ui对应的ij--真实应变与真实应变ij对应的sij--真实应力uikui
=1(uk
+ x˛
i,
jii
=ui
x˛Suk比 uk与u的区 uk只对应于续的位移场,但不一定对应于一个平衡的应力状态,即与uk iiiiss
+f= x˛nsns
=t
x˛Ss比ss与s的区 微小位移,记为dui有 =u+u =e+ ui
=1 i,
+duj
x˛=与ui对应的应变称为虚应
x˛有:ssss dsij,j=ds =
x˛x˛ sijnj= fukdv V
tukds
esesV证明:ss是静力容许\fukdv=-s uk ij, s s = S
snukds
i,ju u
=-tuk
+V
ee fukdv V
tukds
esesV说明由(b)、 fukdv=-tukds+s'ek =-tukds+s'=-tukds+s' =-tukds+s'nukds-=-tukds+s'nukds-uk ij, +f)ukdv
-t)ukds= +f= x˛\ ij, \ nj =ti
x˛由(a)、 设:ui--则:uku+du
=e+
+du
i, j=
(su fukdv V
tukds=
sesess= fi(ui+dui)dv+ti(ui+dui =sijV
+dijfiduidv+tiduids=sijdij fukdv V
tukds=
sesei设:uk--iss=s+ 则sij, =0(V sijn=0(sssijnjfiuidv+tiuids+(ti+dti )ijV\dtiuids=dsijeij
(2) t(1)(s t(2)(s u(1)(s u(2)(s
,e,,e,
(2),e,s,e,sf(1)u(2)dv+t(1)u(2)ds=f(1)u(2)dv+t(1)u(2)ds=(1)e(2) f(2)u(1)dv+t(2)u(1)dsf(2)u(1)dv+t(2)u(1)ds=(2)e(1)
(2) s ss sfi dv+ ds=fiiiSVdv+S §§11-4fiduidv+tiduids=sijdijdv sdve=sijijsv\v
=
fidv
tiids
=
fidv
ssdui微\外力大小和方向在i
则:dV=d fudv+tudss s
=-
fiuidv
s则:d(Ve+Vp)s定义:J=Ve+Vp 总势J(u)=1sedv
fudv-tiu d2J>
dJ=sijdijdv-fiduidv-ti =sijdui,jdv-fiduidv-ti =-(si,j+fi)duidv+sijnjduids-ti =-(si,j+fi)duidv+(sijnj-ti J=0
+fi= x˛
n
=ti
x˛所以变分问题J=0 sij,
fi0J(ui)=ve(ij)dv-fiuidv-ti uuifiui+ui=uk +ij =iJ(ui+ui)=ve(ij +ijV -fi(ui+ui)dv-ti(ui+ui DJdJ1d2J1d2 DJ=J(ui+ui)-J(ui)[ve(ij +ij)-ve(ij)]dv-fiduidv-ti =dvdv+ d2vdv-fiduidv-tidu 2 e e2=dJ+12V
d2v
dede
ijdij sij 得:s ed2v =[()d+2Gdee =2+2Gdede>d2d2J>§§11-5
=s
=ve(eij)+vc(sij)=sijij
+¶vc
=sde
+eds
s
(
-e
-s)de=s
dsij
\e=eijdsijdv=
u u
dvcdv=
VVc=suitidsu3ui是边界Su上给定的已知函数,uJc=Vc-su
JcdJc(sij)=dsV=[eijdsij
+(uidsij),j-ui,jdsij]dv-=(ij-ui,j)dsijdv+uidsijnjds- =V
-1 i,
-ui)dsijn\
=1( i,
+uj
i) x˛=
x˛ =0的方程为几何方程Ritzu=u0v=
+Amum+Bmvmw=
+Cmwmm
fiuidv+
ssdu=umdAmmdv=vmdBmmdw=wmdCmme e
(
d
dC
mm mm
sfuidv+s
=(
dA+¶VedB
dC)
C (fxumdAm+fyvmdBm+fzwmdCm)dv (txumdAm+tyvmdBm+tzm)ds=
=fxumdxdydzV=fyvmdxdydzV
txumdstyvmdsCm
=fV
wmdxdydz
tzwmdsdVe=sijdijdv=sijdui,jdv =sijnjduids-sij,jduidv 由:dJdV
fdudv-tduds=ss
(sij,j
+fi)duidv+(ti-sijnj)duids=(sij,j
+fi)duidv=(¶s
+
+ +
)ud
( yx+
+
+fy)vmdBmdvm (
+
+
)w
dv=
+
+ +
)udxdydz=V V ( yx+
+
+fy)vmdxdydz= (
+
+
)wdxdydz=V Vw=asinplw(0)=0,J
d2w =Ve-P(2)=20
dx2
)dx- 2
J
p4EIa=4l3
-3由最小势能原理δJ=0,
a=p4
w2Plw=
sinpp4 = = =u=x(A1+A2x+A3yv=y(B1+B2x+B3y
u=1 v=计算veVe
(
+
2(1-u2)0 =2(1-
(A2+B2+2uAB J=
(A2+B2+2uAB2(
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