О колебаниях упругого эллипсоида с модулем Юнга, заданным квадратичной функцией координат

Исследованы малые колебания упругого эллипсоида, модуль Юнга которого является специально заданной квадратичной функцией координат. Плотность и коэффициент Пуассона материала, из которого сделан эллипсоид, являются постоянными. Квадратичная функция, задающая модуль Юнга, выбрана таким образом, что д...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Механика твердого тела
Дата:2005
Автор: Судаков, С.Н.
Формат: Стаття
Мова:Російська
Опубліковано: Інститут прикладної математики і механіки НАН України 2005
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/123779
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:О колебаниях упругого эллипсоида с модулем Юнга, заданным квадратичной функцией координат / С.Н. Судаков // Механика твердого тела: Межвед. сб. науч. тр. — 2005. — Вип. 35. — С. 199-203. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859933901600849920
author Судаков, С.Н.
author_facet Судаков, С.Н.
citation_txt О колебаниях упругого эллипсоида с модулем Юнга, заданным квадратичной функцией координат / С.Н. Судаков // Механика твердого тела: Межвед. сб. науч. тр. — 2005. — Вип. 35. — С. 199-203. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Механика твердого тела
description Исследованы малые колебания упругого эллипсоида, модуль Юнга которого является специально заданной квадратичной функцией координат. Плотность и коэффициент Пуассона материала, из которого сделан эллипсоид, являются постоянными. Квадратичная функция, задающая модуль Юнга, выбрана таким образом, что деформации упругой среды при колебаниях оказываются однородными.
first_indexed 2025-12-07T16:08:52Z
format Article
fulltext ISSN 0321-1975. Ìåõàíèêà òâåðäîãî òåëà. 2005. Âûï. 35 ÓÄÊ 531.38; 539.3 c©2005. Ñ.Í. Ñóäàêîâ Î ÊÎËÅÁÀÍÈßÕ ÓÏÐÓÃÎÃÎ ÝËËÈÏÑÎÈÄÀ Ñ ÌÎÄÓËÅÌ ÞÍÃÀ, ÇÀÄÀÍÍÛÌ ÊÂÀÄÐÀÒÈ×ÍÎÉ ÔÓÍÊÖÈÅÉ ÊÎÎÐÄÈÍÀÒ Èññëåäîâàíû ìàëûå êîëåáàíèÿ óïðóãîãî ýëëèïñîèäà, ìîäóëü Þíãà êîòîðîãî ÿâëÿåòñÿ ñïåöèàëüíî çà- äàííîé êâàäðàòè÷íîé ôóíêöèåé êîîðäèíàò. Ïëîòíîñòü è êîýôôèöèåíò Ïóàññîíà ìàòåðèàëà, èç êî- òîðîãî ñäåëàí ýëëèïñîèä, ÿâëÿþòñÿ ïîñòîÿííûìè. Êâàäðàòè÷íàÿ ôóíêöèÿ, çàäàþùàÿ ìîäóëü Þíãà, âûáðàíà òàêèì îáðàçîì, ÷òî äåôîðìàöèè óïðóãîé ñðåäû ïðè êîëåáàíèÿõ îêàçûâàþòñÿ îäíîðîäíûìè. Ââåäåíèå. Ïðè èçó÷åíèè ïðîáëåì íåáåñíîé ìåõàíèêè, ñâÿçàííûõ ñ äâèæåíèåì ïî- ëþñîâ Çåìëè, áîëüøóþ ðîëü èãðàåò çàäà÷à î äâèæåíèè òâåðäîãî òåëà ñ ýëëèïñîèäàëü- íîé ïîëîñòüþ, öåëèêîì çàïîëíåííîé èäåàëüíîé íåñæèìàåìîé æèäêîñòüþ, ñîâåðøàþùåé îäíîðîäíîå âèõðåâîå äâèæåíèå [1, 2].  ðàáîòàõ [3, 4] â çàäà÷ó áûëà ââåäåíà âÿçêîñòü, çàäàâàåìàÿ êâàäðàòè÷íîé ôóíêöèåé êîîðäèíàò.  íàñòîÿùåé ðàáîòå ñäåëàíà ïîïûòêà äàëüíåéøåãî ïðèìåíåíèÿ èäåè îäíîðîäíîãî âèõðåâîãî äâèæåíèÿ äëÿ èçó÷åíèÿ äâèæå- íèÿ óïðóãîãî ýëëèïñîèäà. Îáîçíà÷èì ÷åðåç Ox1x2x3 íåïîäâèæíóþ äåêàðòîâó ñèñòåìó êîîðäèíàò. Ïðåäïîëî- æèì, ÷òî èìååòñÿ óïðóãîå òâåðäîå òåëî ïîñòîÿííîé ïëîòíîñòè ρ, ãðàíèöà êîòîðîãî â îñÿõ Ox1x2x3 îïèñûâàåòñÿ óðàâíåíèåì x2 1/c 2 1 + x2 2/c 2 2 + x2 3/c 2 3 = 1, (1) ãäå c1, c2, c3 � êîíñòàíòû. Áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî ìîäóëü Þíãà E ÿâëÿåòñÿ ñëåäóþùåé ôóíêöèåé êîîðäèíàò E = E0(1− x2 1/c 2 1 − x2 2/c 2 2 − x2 3/c 2 3), (2) ãäå E0 � êîíñòàíòà. Êîýôôèöèåíò Ïóàññîíà ν íå çàâèñèò îò êîîðäèíàò. Óðàâíåíèÿ òåîðèè óïðóãîñòè, çàïèñàííûå â ïåðåìåùåíèÿõ, èìåþò âèä [6] ρ ∂2u ∂t2 = divΠ + ρF, (3) ãäå u = (u1, u2, u3) � âåêòîð ïåðåìåùåíèé, Π � òåíçîð íàïðÿæåíèé ñ êîìïîíåíòàìè pii = 2µ ∂ui ∂xi + λθ, pij = µ ( ∂ui ∂xj + ∂uj ∂xi ) , i 6= j , (4) θ = divu, 2µ = E 1 + ν , λ = νE (1 + ν)(1− 2ν) . Áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî ïðîåêöèè íà îñè Ox1x2x3 îáúåìíîé ñèëû F = (F1, F2, F3), äåéñòâó- þùåé íà åäèíè÷íóþ ìàññó, òàêîâû Fi = fi1x1 + fi2x2 + fi3x3, i = 1, 2, 3, ãäå fij , i, j = 1, 2, 3 � çàäàííûå êîíñòàíòû èëè ôóíêöèè âðåìåíè. 199 Ñ.Í. Ñóäàêîâ Ïîäñòàâëÿÿ âûðàæåíèÿ (4) â óðàâíåíèÿ (3) è ó÷èòûâàÿ (2), ïîëó÷àåì ρ ∂2u1 ∂t2 = µ∆u1 + (µ + λ) ∂θ ∂x1 + 2 ∂µ ∂x1 ∂u1 ∂x1 + ∂µ ∂x2 ( ∂u1 ∂x2 + ∂u2 ∂x1 ) + + ∂µ ∂x3 ( ∂u1 ∂x3 + ∂u3 ∂x1 ) + ∂λ ∂x1 θ + ρF1 (123). (5) Ðåøåíèå ñèñòåìû (5) èùåì â âèäå ui = ai1x1 + ai2x2 + ai3x3, i = 1, 2, 3, (6) ãäå aij � èñêîìûå ôóíêöèè âðåìåíè. Èç âûðàæåíèé (1) è (2) ñëåäóåò, ÷òî äëÿ ðåøåíèÿ (6) êîìïîíåíòû òåíçîðà íàïðÿ- æåíèé (4) îáðàùàþòñÿ â íóëü íà ãðàíèöå ýëëèïñîèäà. Ñëåäîâàòåëüíî ïîâåðõíîñòíûå ñèëû íà ãðàíèöå äåéñòâîâàòü íå áóäóò. Ââîäÿ îáîçíà÷åíèÿ µ0 = E0 2(1 + ν) , λ0 = νE0 (1 + ν)(1− 2ν) (7) è ïîäñòàâëÿÿ âûðàæåíèÿ (6) â óðàâíåíèÿ (5), íàõîäèì ρ(ä11x1 + ä12x2 + ä13x3) = −2µ0 [ 2x1 c2 1 a11 + x2 c2 2 (a12 + a21) + x3 c2 3 (a13 + a31) ] − −λ0(a11 + a22 + a33) 2x1 c2 1 + ρ(f11x1 + f12x2 + f13x3) (123). Óðàâíåíèÿ äëÿ aij áóäóò èìåòü âèä ä11 = −4µ0 ρc2 1 a11 − 2λ0 ρc2 1 (a11 + a22 + a33) + f11 (123), (8) ä12 = − 2µ0 ρc2 2 (a12 + a21) + f12, ä21 = − 2µ0 ρc2 1 (a12 + a21) + f21 (123). (9) Ñèñòåìà (8) ðåøàåòñÿ íåçàâèñèìî îò ñèñòåìû (9).  ñâîþ î÷åðåäü, ñèñòåìà (9) ðàñïà- äàåòñÿ íà òðè íåçàâèñèìûõ äðóã îò äðóãà ïîäñèñòåìû, êàæäàÿ èç êîòîðûõ îïðåäåëÿåò èçìåíåíèå îäíîé èç òðåõ ãðóï ïåðåìåííûõ: a12, a21; a23, a32; a31, a13. Ðàññìîòðèì êîëåáàíèÿ ýëëèïñîèäà â ñëó÷àå îòñóòñòâèÿ ìàññîâûõ ñèë F. Äëÿ ýòîãî ïîëîæèì fij = 0, i, j = 1, 2, 3. (10) Âûÿñíèì õàðàêòåð äåôîðìàöèé, âîçíèêàþùèõ ïðè êîëåáàíèÿõ, îïèñûâàåìûõ ñèñòåìîé óðàâíåíèé (8) ïðè íóëåâûõ ðåøåíèÿõ ñèñòåì óðàâíåíèé (9). Ïîäñòàâëÿÿ íóëåâûå ðåøå- íèÿ ñèñòåì (9), èìåþùèå âèä a12 = a21 = 0 (123), â âûðàæåíèÿ (6), íàõîäèì êîìïîíåíòû ïåðåìåùåíèé ui = aii(t)xi, i = 1, 2, 3, (11) ãäå aii(t) � ðåøåíèÿ ñèñòåìû (8). Èç âûðàæåíèé (11) ñëåäóåò, ÷òî òî÷êè óïðóãîé ñðå- äû, ëåæàùèå äî âîçíèêíîâåíèÿ äåôîðìàöèé íà ãëàâíûõ îñÿõ ýëëèïñîèäà, ïðîäîëæàþò îñòàâàòüñÿ íà íèõ è ïîñëå âîçíèêíîâåíèÿ äåôîðìàöèé. 200 Î êîëåáàíèÿõ óïðóãîãî ýëëèïñîèäà Ñèñòåìó (8) ïðåäñòàâèì â âèäå ñèñòåìû øåñòè óðàâíåíèé ïåðâîãî ïîðÿäêà ẏ = Dy, (12) ãäå y = (y1, y2, ..., y6), yi = ȧii, yi+3 = aii, i = 1, 2, 3; D � êâàäðàòíàÿ ìàòðèöà øåñòîãî ïîðÿäêà, ýëåìåíòû dij êîòîðîé èìåþò âèä d14 = d25 = d36 = 1, d41 = d∗/c2 1, d52 = d∗/c2 2, d63 = d∗/c2 3, d42 = d43 = d/c2 1, d51 = d53 = d/c2 2, d61 = d62 = d/c2 3, d∗ = −2(2µ0 + λ0)/ρ, d = −2λ0/ρ. Íàéäåì ðåøåíèå ñèñòåìû (12). Õàðàêòåðèñòè÷åñêèì óðàâíåíèåì ìàòðèöû D ÿâëÿ- åòñÿ áèêóáè÷åñêîå óðàâíåíèå α6 + b1α 4 + b2α 2 + b3 = 0, (13) êîýôôèöèåíòû êîòîðîãî èìåþò âèä b1 = 2E0m(m− 1) ρ(m + 1)(m− 2) ( 1 c2 1 + 1 c2 2 + 1 c2 3 ) , b2 = 4E2 0m 3 ρ2(m + 1)2(m− 2) ( 1 c2 1c 2 2 + 1 c2 2c 2 3 + 1 c2 3c 2 1 ) , b3 = 8E3 0m 3 ρ3(m + 1)2(m− 2) 1 c2 1c 2 2c 2 3 , ãäå m = 1/ν. Ïðè c1 6= c2 6= c3 6= c1 õàðàêòåðèñòè÷åñêîå óðàâíåíèå (13) èìååò òðè ïàðû ðàçëè÷- íûõ ÷èñòî ìíèìûõ êîðíåé.  ýòîì ñëó÷àå ïðè âûïîëíåíèè óñëîâèÿ (10) îáùåå ðåøåíèå ñèñòåìû (12) çàïèñûâàåòñÿ òàê: y = 6∑ i=1 kiγie αit, (14) ãäå γi � ñîáñòâåííûå âåêòîðû ìàòðèöû D, ñîîòâåòñòâóþùèå åå ñîáñòâåííûì çíà÷åíèÿì αi; ki � ïðîèçâîëüíûå ïîñòîÿííûå. Áëàãîäàðÿ îòñóòñòâèþ äèññèïàöèè, ñîáñòâåííûå çíà÷åíèÿ ìàòðèöû D áóäóò ÷èñòî ìíèìûìè: α1,2 = ±iβ1, α3,4 = ±iβ2, α5,6 = ±iβ3, ãäå β1, β2, β3 � ïîëîæèòåëüíûå äåéñòâèòåëüíûå ÷èñëà, ñðåäè êîòîðûõ íåò ðàâíûõ äðóã äðóãó. Òîãäà ðåøåíèå (14) ïðèíèìàåò âèä y = 3∑ j=1 {[k2j−1Re(γ2j−1) + k2jIm(γ2j−1)] cos βjt+ 201 Ñ.Í. Ñóäàêîâ +[k2jRe(γ2j−1) + k2j−1Im(γ2j−1)] sin βjt}. (15) Ïåðåìåùåíèÿ (11) ïðè a11, a22, a33, îïðåäåëåííûõ ðåøåíèåì (15), áóäóò îïèñûâàòü êîëåáàíèÿ ýëëèïñîèäà, ïðè êîòîðûõ òî÷êè óïðóãîé ñðåäû, ëåæàùèå â íà÷àëüíûé ìî- ìåíò íà ãëàâíûõ îñÿõ, áóäóò îñòàâàòüñÿ íà íèõ âî âñå âðåìÿ äâèæåíèÿ. Èíûìè ñëîâàìè, óïðóãèé ýëëèïñîèä ïðè êîëåáàíèÿõ áóäåò ñæèìàòüñÿ è ðàñòÿãèâàòüñÿ âäîëü ãëàâíûõ îñåé. Òåïåðü ðàññìîòðèì ñëó÷àé, êîãäà ñèñòåìû óðàâíåíèé (8), (9) îáëàäàþò ðåøåíèåì, â êîòîðîì a11 = a22 = a33 = a23 = a32 = a31 = a13 = 0, (16) à a12 è a21 ÿâëÿþòñÿ ôóíêöèÿìè âðåìåíè, óäîâëåòâîðÿþùèìè ñèñòåìå (9). Ïîäñòàâëÿÿ (16) â ôîðìóëû (6), ïîëó÷àåì äëÿ ïåðåìåùåíèé ñëåäóþùèå âûðàæåíèÿ: u1 = a12(t)x2, u2 = a21(t)x1, u3 = 0. (17) Äëÿ îïðåäåëåíèÿ ôóíêöèé a12(t) è a21(t) ïðåäñòàâèì ñèñòåìó óðàâíåíèé (9) â âèäå ñèñòåìû ÷åòûðåõ óðàâíåíèé ïåðâîãî ïîðÿäêà ẏ = Dy, (18) ãäå y = (a12, a21, α12, α21), α12 = ȧ12, α21 = ȧ21, D =  0 0 1 0 0 0 0 1 d31 d32 0 0 d41 d42 0 0  , d31 = d32 = −2µ0 ρc2 2 , d41 = d42 = −2µ0 ρc2 1 . Õàðàêòåðèñòè÷åñêîå óðàâíåíèå äëÿ D:∣∣∣∣∣∣∣∣ −λ 0 1 0 0 −λ 0 1 d31 d32 −λ 0 d41 d42 0 −λ ∣∣∣∣∣∣∣∣ = 0 èëè λ2 [ λ2 + 2µ0 ρ2 ( 1 c2 1 + 1 c2 2 )] = 0. Êîðíè õàðàêòåðèñòè÷åñêîãî óðàâíåíèÿ: λ1,2 = ±iλ∗, λ3 = λ4 = 0, ãäå λ∗ = √ 2µ0 ρ ( 1 c2 1 + 1 c2 2 ) . Îáùåå ðåøåíèå ñèñòåìû (18) èìååò âèä a12 = δ1 sin λ∗t + δ2 cos λ∗t + δ3 + δ4t, 202 Î êîëåáàíèÿõ óïðóãîãî ýëëèïñîèäà a21 = δ1 c2 2 c2 1 sin λ∗t + δ2 c2 2 c2 1 cos λ∗t− δ3 − δ4t, α12 = δ1λ∗ cos λ∗t− δ2λ∗ sin λ∗t + δ4, α21 = δ1 c2 2 c2 1 λ∗ cos λ∗t− δ2 c2 2 c2 1 λ∗ sin λ∗t− δ4, ãäå δ1, δ2, δ3, δ4 � ïðîèçâîëüíûå ïîñòîÿííûå. Ïîäñòàâëÿÿ âûðàæåíèÿ äëÿ a12 è a21 â (17), ïîëó÷èì ñëåäóþùèå ôîðìóëû äëÿ ïåðåìåùåíèé u1 = (δ1 sin λ∗t + δ2 cos λ∗t + δ3 + δ4t)x2, u2 = [ c2 2 c2 1 (δ1 sin λ∗t + δ2 cos λ∗t)− δ3 − δ4t ] x1, u3 = 0. (19) Ïîëîæèì δ4 = 0. Òîãäà ïåðåìåùåíèÿì (19) áóäóò ñîîòâåòñòâîâàòü ïëîñêîïàðàëëåëüíûå ãàðìîíè÷åñêèå êîëëåáàíèÿ óïðóãîãî ýëëèïñîèäà. Ïðè δ1 = δ2 = 0 è δ3 6= 0 êîëåáàíèÿ îòñóòñòâóþò. Ýëëèïñîèä áóäåò íåïîäâèæåí, íî ïîâåðíóò âîêðóã îñè Ox3 íà íåêîòîðûé óãîë, ïðîïîðöèîíàëüíûé âåëè÷èíå δ3 è îáðàùàþùèéñÿ â íóëü ïðè δ3 = 0. Ñîâåðøåííî àíàëîãè÷íî èññëåäóþòñÿ êîëåáàíèÿ, îïèñûâàåìûå äâóìÿ îñòàëüíûìè ïàðàìè óðàâíåíèé äëÿ a13, a31 è a23, a32. Îáùåå ðåøåíèå çàäà÷è ïîëó÷àåòñÿ êàê ñóììà êîëåáàíèé, îïèñûâàåìûõ âñåìè ÷å- òûðüìÿ íåçàâèñèìûìè ñèñòåìàìè (8), (9). 1. Ëàìá Ã. Ãèäðîäèíàìèêà.� Ì.; Ë.: Ãîñòåõèçäàò, 1947. � 928 ñ. 2. Ìîðèö Ã., Ìþëëåð À. Âðàùåíèå Çåìëè: òåîðèÿ è íàáëþäåíèÿ.� Êèåâ: Íàóê. äóìêà, 1992.� 512 ñ. 3. Ñóäàêîâ Ñ.Í. Äâèæåíèå òåëà ñ æèäêîñòüþ ïåðåìåííîé âÿçêîñòè â ïîëå íåïîâèæíîãî ïðèòÿãèâàþ- ùåãî öåíòðà // Ìåõàíèêà òâåðäîãî òåëà. � 2001. � Âûï. 31.� Ñ. 111 � 118. 4. Ñóäàêîâ Ñ.Í. Îá óðàâíåíèÿõ äâèæåíèÿ òâåðäîãî òåëà ñ ýëëèïñîèäàëüíîé ïîëîñòüþ, öåëèêîì çà- ïîëíåííîé æèäêîñòüþ ïåðåìåííîé âÿçêîñòè // Òð. ÈÏÌÌ ÍÀÍ Óêðàèíû.� 2000. � 5� Ñ. 141 � 144. 5. Ñóäàêîâ Ñ.Í. Ìîäåëüíàÿ çàäà÷à î äâèæåíèè âîêðóã öåíòðà ìàññ àáñîëþòíî òâåðäîé ýëëèïñîèäàëü- íîé îáîëî÷êè ñ âÿçêî-óïðóãèì çàïîëíåíèåì // Ìåõàíèêà òâåðäîãî òåëà. � 2003. � Âûï. 33.� Ñ. 119 � 126. 6. Êî÷èí Í.Å. Âåêòîðíîå èñ÷èñëåíèå è íà÷àëà òåíçîðíîãî èñ÷èñëåíèÿ. � Ì.: Èç-âî ÀÍ ÑÑÑÐ, 1951. � 426 ñ. Èí-ò ïðèêë. ìàòåìàòèêè è ìåõàíèêè ÍÀÍ Óêðàèíû, Äîíåöê techmech@iamm.ac.donetsk.ua Ïîëó÷åíî 01.09.05 203
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-123779
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 0321-1975
language Russian
last_indexed 2025-12-07T16:08:52Z
publishDate 2005
publisher Інститут прикладної математики і механіки НАН України
record_format dspace
spelling Судаков, С.Н.
2017-09-09T15:23:54Z
2017-09-09T15:23:54Z
2005
О колебаниях упругого эллипсоида с модулем Юнга, заданным квадратичной функцией координат / С.Н. Судаков // Механика твердого тела: Межвед. сб. науч. тр. — 2005. — Вип. 35. — С. 199-203. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
0321-1975
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/123779
531.38; 539.3
Исследованы малые колебания упругого эллипсоида, модуль Юнга которого является специально заданной квадратичной функцией координат. Плотность и коэффициент Пуассона материала, из которого сделан эллипсоид, являются постоянными. Квадратичная функция, задающая модуль Юнга, выбрана таким образом, что деформации упругой среды при колебаниях оказываются однородными.
ru
Інститут прикладної математики і механіки НАН України
Механика твердого тела
О колебаниях упругого эллипсоида с модулем Юнга, заданным квадратичной функцией координат
Article
published earlier
spellingShingle О колебаниях упругого эллипсоида с модулем Юнга, заданным квадратичной функцией координат
Судаков, С.Н.
title О колебаниях упругого эллипсоида с модулем Юнга, заданным квадратичной функцией координат
title_full О колебаниях упругого эллипсоида с модулем Юнга, заданным квадратичной функцией координат
title_fullStr О колебаниях упругого эллипсоида с модулем Юнга, заданным квадратичной функцией координат
title_full_unstemmed О колебаниях упругого эллипсоида с модулем Юнга, заданным квадратичной функцией координат
title_short О колебаниях упругого эллипсоида с модулем Юнга, заданным квадратичной функцией координат
title_sort о колебаниях упругого эллипсоида с модулем юнга, заданным квадратичной функцией координат
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/123779
work_keys_str_mv AT sudakovsn okolebaniâhuprugogoéllipsoidasmodulemûngazadannymkvadratičnoifunkcieikoordinat