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
Дата:2005
Автор: Судаков, С.Н.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут прикладної математики і механіки НАН України 2005
Назва видання:Механика твердого тела
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.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
id irk-123456789-123779
record_format dspace
spelling irk-123456789-1237792017-09-10T03:04:54Z О колебаниях упругого эллипсоида с модулем Юнга, заданным квадратичной функцией координат Судаков, С.Н. 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. 2005 Article 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 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/123779 531.38; 539.3 ru Механика твердого тела Інститут прикладної математики і механіки НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
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.
format Article
author Судаков, С.Н.
spellingShingle Судаков, С.Н.
О колебаниях упругого эллипсоида с модулем Юнга, заданным квадратичной функцией координат
Механика твердого тела
author_facet Судаков, С.Н.
author_sort Судаков, С.Н.
title 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_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_sort о колебаниях упругого эллипсоида с модулем юнга, заданным квадратичной функцией координат
publisher Інститут прикладної математики і механіки НАН України
publishDate 2005
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/123779
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.
series Механика твердого тела
work_keys_str_mv AT sudakovsn okolebaniâhuprugogoéllipsoidasmodulemûngazadannymkvadratičnojfunkciejkoordinat
first_indexed 2025-07-09T00:16:48Z
last_indexed 2025-07-09T00:16:48Z
_version_ 1837126347645779968
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