Материал: Структурные механизмы формирования механических свойств зернистых полимерных композитов

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Здесь учтено, что 2(А*|+Аз) = С . Оставляя и выражениях (90) только линейные относительно С члены к учитывая соотношения (80), (87), получаем окончательно

,11 _ да( / * - / л

н

-

и

ъ

(1 - ^ ) г а

 

I —р3 '

,22 = ,33 _ ° 3 ( Л -

/ а )

_

А

~~ /я Р 3

2(1 -

 

 

1 - р 3 ‘

Из выражения г + и = гА получаем

и = гА —г = г(А - 1) = - Зг*’

нлн с учетом (80)

и = л и - и )

(92)

4С г*(1 -р*)'

 

О выражениях (91), (92) р - а/Ь, и они полностью совпадают для случая несжимаемого материала (г = 0, 5) с решением, приведенным п(16].

5.Численная реализация упругой задачи

5.1.Система разрешающих уравнений

Реализация функционала (31т) предполагает, за редким исклю­ ченкем, его численное решение. Б качестве такового будем использо­ вать метод конечных элементов (МКЭ), предполагающий разбиение области, в которой отыскивается решение, на элементы к аппрок­ симацию решения п каждом элементе полиномом заданной степени, коэ<|к|)ициеиты которого подлежат определению. Другими слова­ ми, решение отыскивается на классе финиш ых функций, носители

которых суть конечные элементы. Подробно ознакомиться с про цедрой МКЭ можно но книгам [4,17,20). Для получения систе­ мы разрешающих уравнении необходимо нроварънровать функцио­ нал(31г) погг к //, что и было осуществлено о разделе 3 (соотноше­ ния (33),(34г)). Ниже будем полагать» что вес обобщенные модули упругости константы. (В связи с этим *1 =0.) Поэтому величины о уравнении (341)

да

_ да

Ох* _ 0*1

_ п

я о г

“ д о * ” э о * ” Ш * = д о * ~

и опо сводится к инду

 

 

 

 

X

-№ *•> )

 

43$= О,

(М)

где

511 = <Э‘! + 2у(к, + Ь ) ((/а -

1) -

аа//) >Д, в ‘‘

(94)

 

Здесь

—составляющие энергетическоготензоранапряжений [12].

Обозначим

через о'* и преобразуем первое слагаемое в

интеграле по объему. Получим

 

 

 

^у/Тз&ЧСц а еН&Сц = „чцп*

а ,) = 2^к< -ва; .

(95)

Замечая, что И = г + и, имеем

 

 

 

^

= 0 = г-‘+ Дрч* + «кГ*.-г. = Ч +

- »*г?,г',

<9в)

 

= Ж

11' *+* * * * =

Т & * ~ * ^ ^ ’

( 9 ? )

Здесь г*, г* — базисные векторы основного и взаимного базисов» «I —контра- к ковярнаитиыс компоненты вектора «, —сим­ волы Крпстоффеля второго рода. Последние пазиикают о результа­

тедифференцирования базисных векторов по координатам

п » .

Из выражении (90), (97) можно составить четыре формы записи ска­ лярного произведения й,- Используя наиболее простую из них и подставляя в (95)» получаем

&ик д6ив

+«‘ 1'н ^ Г - * * Ч М , )

(«8)

В соответствии с процедурой МКЭ аппроксимируем составляю1дкс вектора перемещения и элементе функциями формы ф:

«Р =

и* = фмиМк.

(99)

Здесь /V, М — номера узлов элемента, и*, иМк — ко- и коитравариаятные составляющие вектора перемещении в узлах Ы к М (уз­ ловые перемещения). Функции формы фн по определению равны единице в узле N к пулю п остальных узлах. Учитывая, что в (99) варьируются только узловые перемещения, и подставляя (99) в (98), получаем для элемента

 

2оч ((??фнл -

 

+ {ВъФАыФнй - ^лг,^лгГ^+

 

+ Л п М Ъ

- * у * н Ш ? .)“"* )

где

= дф п/д^. Обозначая

 

*

11

1

 

Щ)1МЫ =

 

“ Фм^Ф*/Цк+

 

+ Ф м Ф н Л - ♦ д г ^ г ^ г у ,,

представим (100) в виде

 

 

(100)

(101)

(102)

(102)

Члепы, учитывающие влияние массовых н поверхностных сил п (92), записываются через (99) очевидным образом. Б результате

радиационное уравнение (93) (с учетом (ЮЗ)) принимает для эле-

<«>

<•>

 

мента /о с границей 5 “ онд

( / м

(2*МК *

+ Щ,ш м пмк) - ? К Г * п ) Л ’ -

 

Г

<еК

 

- у м Р р^ с Г 5 р" ) « < = 0 ,

или, В силу произвольности Ли*,

/ Й

+ Д&»***"1) - / ^ * ) М -

Варьируя функционал (31г) по // и используя для Н аппрокси­ мацию И = ь получаем, и силу произвольности 6IIм , уравне­ ние

 

[ы ГП((/з - 1) - а<х<РмНм ) 4>н <1У0= 0,

(105)

 

*

 

где т = а^1 -

+ *3) ) .

 

Суммируя выражения (104), (105) но всем элементам, получаем полную раэрешакш(ую систему для функционала (31 з). Заметим, что о этоИ системе интегралы по общей между элементами границе пропадут я силу третьего закона Ньютона к непрерывности пс]>смеЩС11КЙ на ней и останутся только по поверхности тела. Полная систе­ ма и общем случае нелинейная, так как р 1' зависит явным образом от и к //, а рР к /д от и. Зависимость р* от и связана с приведением усилия Рр, заданного п текущей конфигурации, к педеформирошшкк>В поверхности: ______

где — составляющие единичного лекюра и, нормального к педсформиропаниоИ поверхности 5^, записанные в базисе г{. Рр пред­ ставлено в базисе ту. Можно сразу решать полученную исдияеНпую систему. Однако здесь возникает опасность пропустит!» точ­ ки бифуркация решения. Позтому, следуя [17], запишем вырпжсння (104),(105) для элемента я приращениях.

Пусть

и“ Ь = й т -Н т , Л Л' = / ? Л' + > Л

 

Л? = /Г '* Д ', Рр = Рр + 5Р

(107)

Причем считаем величиям 4Ш и 4м малыми н ива/фитамн их будем пренебрегать. Как говорилось выше,

а1) = <>‘>{и*1к, Нм ).

Подставим сюда выражения для аргументов (107) и осуществим раз­ ложение н ряд по ^АГ* и , Д удерживая только линсИиыс члены,

 

 

 

IIм) = У> + 5[’ике и + * > > /“

(108)

В (108) поедены следующие обозначения:

 

 

 

 

ё ‘>=

IIм ),

 

ц

_ 9оУ I

 

до**

(109)

° .( и ‘

~

 

=

ЧМ,к.

 

^Мк-пМ~^

 

 

 

|{И1_1,М=0

 

Учитывая, чгорР =

и осуществляя аналогичные действия

для выражения (106), получаем

 

 

 

 

 

^ = р Ч - Й +

 

(40)

 

 

й =

П|П; Р * ,

$ 3 = ^ //3<5^П,П, в * ,

 

 

 

 

 

+ У ).

( Ш )

 

 

 

2 у /зй ’^п |л^

 

Источник: https://studfile.net/preview/19960747/