Динамика идеальной жидкости

Дипломная работа - Физика

Другие дипломы по предмету Физика

?си Ox и Oy:

 

(1.3.3)

 

где - координаты нормали к обтекаемому контуру.

В данном случае , проекция на Ox главного вектора сил, действующего на горизонтальную составляющую контура, равна 0.

 

 

Найдем теперь главный вектор сил, действующий на наклонную составляющую контура. Напомним, что она наклонена к оси Ox под углом . Тогда нормаль к ней будет равна и проекции главного вектора сил будут равны:

 

 

Главный вектор сил, действующий на весь контур, будет равен геометрической сумме ранее найденных векторов. Запишем его в проекциях на оси:

 

Направление главного вектора сил изображено ниже:

 

 

Для заданной функции для плоского деформированного состояния проверить, что - бигармоническая; найти компоненты тензора напряжения и проверить условие нормировки

 

Функция является бигармонической, если она удовлетворяет уравнению:

 

(2.1.1)

 

Для двумерного пространства (1.1) примет следующий вид:

 

 

Из последнего выражения следует, что если представляет собой линейную, квадратичную или кубичную форму, то она будет тождественно удовлетворять уравнению (2.1.1).

Рассмотрим функцию

 

(2.1.2)

 

Она представляет собой кубичную форму, а значит удовлетворяет уравнению (2.1.1). Найдем тензор напряжений для плоского деформированного состояния. Последнее означает, что деформации вдоль одной из 3х осей (в нашем случае - вдоль ) равна 0. Однако, это не означает, что напряжения вдоль равны 0. Значит тензор напряжения будет иметь 4 компоненты (фактически 5, но в силу симметричности 2 ненулевые недиагональные компоненты будут равны). Связь напряжений с функцией имеет следующий вид:

 

(2.1.3)

 

Все остальные компоненты, кроме , будут нулевыми. Оставшуюся компоненту найдем из закона Гука, записав его для деформации :

 

 

Отсюда

 

(2.1.4)

 

где - коэффициент Пуассона.

Подставив (2.1.2) в (2.1.3)-(2.1.4), получим компоненты тензора напряжений:

 

(2.1.5)

 

Проверим условие равновесия. Используем уравнение движения:

 

 

Массовые силы отсутствуют, правая часть равна 0 для равновесного состояния, значит, остается условие:

 

(2.1.6)

 

Запишем (2.1.6) в покомпонентном виде:

 

Так как компоненты тензора напряжений не зависят от , а последний столбец - нулевой, за исключением диагонального, то i,j=1,2. Тогда условие (2.1.6) сводится к следующему виду:

 

(2.1.6а)

 

Очевидно, что компоненты (2.1.5) отвечают условиям (2.1.6а). Это означает, что выполняются условия равновесия.

 

Найти гидростатическую и девиаторную составляющие тензора напряжений, интенсивность напряжений

 

Представим тензор напряжений в виде суммы двух тензоров:

 

 

где - единичный тензор.

Составляющая называется гидростатической составляющей, а - девиаторной.

Найдем сначала гидростатическую составляющую. - первый инвариант тензора напряжений:

 

(2.2.1)

Теперь, зная и , можно напрямую найти :

 

(2.2.2)

 

Определив девиатор, мы можем вычислить интенсивность напряжений:

 

 

Найдем интенсивность с помощью пакета MathCAD:

 

 

 

 

 

Построить эпюры напряжений на границах заданной области

 

Вектор напряжения в некоторой точке поверхности вычисляется по формуле:

 

(2.3.1)

 

В плоском случае - нормаль к границе двумерной области. Распишем для удобства вычисления (3.2.1) в покомпонентном виде:

(2.3.1а)

 

Область представлена на рисунке ниже:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Удобнее строить для каждой стороны эпюры нормальных и касательных составляющих вектора напряжений. Для этого определим нормальные и касательные вектора для каждой границы области.

 

OB:

BА:

OА:

 

Проекция вектора на нормаль (касательный вектор) и будет нормальной (касательной) составляющей.

 

(2.3.2)

 

Вычислим эти оставляющие для каждой границы:

ОВ:

ВА: (2.3.3)

ОА:

 

Чтобы исключить одну из переменных в (2.3.3), запишем уравнение границ:

 

ОВ:

ВА: (2.3.4)

ОА:

 

Перепишем (2.3.3) с учетом (2.3.4):

ОВ:

ВА:

ОА:

 

Построим теперь эпюры для каждой из границ:

 

Напряжения для границы ОВ

 

Напряжения для границы ВА

 

Напряжения для границы ОА

 

Найти тензор деформации Коши-Грина, полагая материал линейно упругим

 

Если материал линейно упругий, значит, для него действует закон Гука, который связывает тензор напряжений с тензором деформации . Значит, компоненты можно найти следующим образом:

(2.4.1)

 

Остальные же деформации будут равны 0 (в случае плоского деформированного состояния).

Зная тензор напряжения, найдем деформации:

 

 

Найти поле перемещений, считая, что точка О(0;0) неподвижна и поворот в плоскости вокруг оси, проходящей через О(0;0) отсутствует

 

Для нахождения поля перемещения, воспользуемся формулой, которая связывает перемещения с деформациями:

 

(2.5.1)

 

Запишем выражение (2.5.1) в покомпонентном виде:

 

Из последнего выражения получаем, что: