Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Навчальний посібник.doc
Скачиваний:
53
Добавлен:
05.11.2018
Размер:
4.47 Mб
Скачать

9.4. Перетворення рівнянь плоскої задачі теорії пружності при конформному відображенні

Розв’язання задач плоскої теорії пружності для областей, обмежених деякими гладкими некруговими контурами, істотно спрощуються, якщо використати подання компонентів тензора напружень і вектора зміщень в ортогональній криволінійній системі координат , яка встановлюється для заданої області площини на підставі так званого конформного відображення (перетворення) цієї області на зовнішність (або внутрішність) одиничного кола.

Розглянемо дві площини: фізичну площину і деяку параметричну комплексну площину . Нехай комплексні змінні і зв’язані між собою співвідношенням

, (9.59)

де – однозначна аналітична функція в області на площині . Рівність (9.59) ставить у відповідність кожній точці в площині точку в площині . Таким чином можна зробити висновок, що, згідно з рівністю (9.59), точкам області на площині відповідають точки деякої області в площині і навпаки. В такому разі говорять, що функція (9.59) здійснює однозначне (конформне) відображення області на область і навпаки. При цьому функція повинна бути однозначною і в кожній точці області .

Обмежимося розглядом області двох типів:

  1. однозв’язна скінчена область, яка обмежена простим замкненим контуром ;

  2. нескінченна область , яка обмежена простим замкненим внутрішнім контуром .

Область першого виду будемо відображати на круг , а область другого виду – на область , тобто на нескінченну площину з круговим отвором радіусом .

Контур круга будемо позначати через , а його довільну точку – через .

При розв’язуванні плоскої задачі методом конформного відображення функції , необхідно виразити через нову змінну , яка вводиться співвідношенням (9.59), а також перетворити основні формули плоскої задачі. Величини і можна розглядати також як криволінійні координати точки на площині .

Функції Колосова-Мусхелішвілі приймають вигляд

; . (9.60)

Зрозуміло, що функції , відмінні від функцій , . Однак для простоти позначень для функцій , умовно збережемо позначення , . Приймаючи цю домовленість, одержимо

;

, (9.61)

де враховано, що

.

Аналогічно маємо

, (9.62)

де .

Враховуючи рівності (9.61), (9.62), із (9.30) знаходимо

. (9.63)

Відносно ортогональних криволінійних координат , в площині , які одержуються при конформному відображенні, на підставі (8.4) визначаємо

. (9.64)

Обчислимо величину . З цією метою припустимо, що точка зміститься на величину вздовж лінії . В такому разі

. (9.65)

З іншого боку, оскільки точка зміщується вздовж лінії , для якої криволінійна координата , маємо

. (9.66)

Згідно з формулою (9.59) можна записати

. (9.67)

На основі рівностей (9.65) – (9.67) знаходимо

;

; . (9.68)

Тоді формула (9.64) запишеться у вигляді

. (9.69)

Перейдемо тепер до визначення компонент тензора напружень в криволінійній системі координат . Ці компоненти будемо позначати через , , . Вони збігаються з відповідними компонентами , , в прямокутній системі координат , якщо її початок взяти в розглядуваній точці , а вісь напрямити вздовж осі . Враховуючи це, а також беручи до уваги формули (8.8), (8.9), одержимо

;

. (9.70)

На підставі (9.32), (9.33) із (9.70) знаходимо

;

. (9.71)

Із формул (9.71) випливає

. (9.72)

Граничні умови для визначення комплексних потенціалів , одержимо з граничних умов (9.37), (9.38) при відповідній заміні змінної , коли , а , де . Враховуючи це, згідно з (9.37), для першої основної задачі маємо таку граничну умову

, (9.73)

де величина визначається за формулою

. (9.74)

Зауважимо, що в правій частині (9.74) змінну (після обчислення інтеграла) можна замінити змінною , згідно з перетворенням (9.59).

Для другої основної задачі на підставі (9.38), маємо таку граничну умову

, (9.75)

де , – граничні значення компонент зміщень , на контурі .

Для встановлення структури комплексних потенціалів і в необмеженій області необхідно спочатку встановити структуру відображуючої функції .

Якщо області і необмежені і їх безмежно віддалені точки відповідають одна одній, то функція має вигляд

, (9.76)

де – стала.

Підставляючи (9.76) в (9.58), знаходимо

;

. (9.77)

Тут , – голоморфні функції в області .