Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Обобщенная теория анизотропных оболочек

..pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
12.55 Mб
Скачать

и? = Ф (г) +

ф (г) -

- 1

[zF (z) + zF(z)| +

"s£

 

(18.26)

 

 

 

 

 

 

m=0

 

 

 

 

 

 

 

2n— 1

 

 

 

u f =

-

|F

(г).+ F' (г)) -f- £

c ^ i T w ;

 

 

2/i—l

 

 

m=:0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

E

‘f i V ’A V

*612, nj.

 

 

 

/71=0

 

 

 

 

 

 

Здесь

 

 

 

 

 

 

 

 

.у» _ 4 (6cC|)C33

g|3c4<) .

v* =

2^13

_

4c2ctf

 

I5сЯзС44

5c33

V3

 

(18.27)

 

 

 

 

Согласно формулам (18.12), (18.14), (18.20) функции 0<2fc+*> преоб­ разуются к виду

 

in—I Л

0(,) = 2h [F' (2) + F (z)] +

Е

dmh2m~ ]hmw\

2n-i

m=°

(18.28)

вШ+и = ^ agH-Dft**-!Д«Ю|

k a U n l

m=0

 

 

В формулах (18.25), 18.26) комплексные потенциалы F (z), Ф (z) являются составляющими бигармонического решения, a w и <в опре­

деляют соответственно потенциальное и вихревое решения. Пусть kl и х* — корни характеристических уравнений.

&4" + в ^ 2(2п_,) -f

+ &2n—ik2-f- Вгл

== 0;

x 2 ( n + l) +

+

 

(18.29)

-f- B/jX2 4“ B,|+,

= 0.

 

 

некратных корней

ш = E «V»

где

Ашр — k2phr2wp = 0;

Л +1

со = S

“ s.

S=:l

 

trt 3 <

Mw)

 

i

1

 

II in

0.

(18.30)

(18.31)

Согласно (18.30) и (18.31) функции (18.25), (18.26) и (18.28) примут следующий вид:

|4 ' = ft[f(2) + Z FM +

v r f t ' F W -

+

2r?

rt+l

 

ч-Е ^ 'а j5>.+ i £ a . . d<os

 

 

dz

 

2n

n+l

 

«? = - vSh>F(5 + E

+ i 2 A?A■ i

 

2/1

 

 

 

 

rt+1

 

 

 

 

а ? +» -

У

a ? +"h-2% +

i t , b?k+,)h

,

*6[2 . n}-.

 

 

 

 

 

 

 

 

zF (г)] +

2fi

«з* =

Ф (2) + Ф (2) —

 

[г/7(2) +

2

(18.32)

 

 

 

 

 

 

 

____

 

2n

f?=l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a?

=

— лДО |f ' (г) +

f ' (г)) +

2 c ? 4 ;

 

 

 

 

2n

 

 

P=1

 

 

 

 

 

М3?

 

4 .

2Ae.rtj:[

 

 

 

 

 

: =

E c f

 

 

 

 

 

 

P=1

____

.

zn

 

 

 

e1" = 2л if- (г) +

 

 

 

f ' (г» +

{ S

4 4 :

 

 

 

 

.

Zn

 

 

 

 

 

 

 

 

e * * » - • E 4 24 -

* e n ,n j .

 

 

Здесь

 

 

 

 

p=l

 

 

 

 

 

 

 

2n—1

 

 

 

 

2/1—1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<£*+■> =

2

Й*+|,С ;

 

d f +l) =

2

+|)* Г :

 

 

 

m

 

 

 

 

rn=0

 

 

 

 

 

-- л

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2л—1

 

 

 

 

 

 

 

< Г =

2

“W

;

f>f+" -

2

S r +,,* r .

 

 

 

/л—О

 

 

 

m=0

 

 

 

Замечание 18.1. Найденное решение справедливо для N ^ 3 (п ^

Случаи N = 1

и

N — 2 необходимо рассмотреть

отдельно. Ниже,

повторяя ход рассуждений работы 121], приведем их в окончательной

форме.

Замечание 18.2. Изложенный выше метод может быть применен

й'к построению решений системы уравнений (16.10),

(16.11).

2. Частные случаи. Приближение N «

1.

 

 

 

а? = A[F(r) +

2f ' (2) + vihlF

(2) -

-§- Ф' (г)] +

i h - ^ - ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(18.33)

 

«Р =

ф (2) + ф (2) -

[2f (2) +

2f (г)].

где v* =

; <о — решение уравнения

 

 

 

 

 

N =

 

Д«о—

§ и -ш =

0.

 

 

(18.34)

Приближение

2.

 

 

 

 

 

 

 

 

= Л[F (г) +

ZF(F) +

v\h*F\z)-----\

Ф^*)] —

 

 

__

2cigcu h

dm

да

,

 

 

 

 

 

Зссг1с33

^

Зг

1

 

 

и? =

Ф (z) + Ф7г)— 4 - [if (г) +

zF(z)] +

(18.35)

щ

 

 

 

г

 

 

 

 

СС11С33

«Р = — V2Л2 [F' (z) -f F' (z)] -f ш,

Ассц

 

2<?|А

 

 

 

0

где vi = - я - 11-

v2 =

; ш и ® — решения таких уравнении:

 

ОСлл

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дw -----w = 0; Да

Зс,**-а = 0.

(18.36)

Приближение

N — 3.

С44Л2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4* =

 

+ z F (i) +

Vi/t2F ® —

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ ^ h ^ . + ^ ^ . + Ul & .

 

 

 

в? -

-

+

SPA -I5 - + Й*

dz

+

 

 

 

 

 

 

02

 

(18.37)

 

 

 

 

 

Д “

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

i

 

 

 

 

 

t ff = Ф (z) +

Ф (г) — I- [zF (г) + zF (г)] +

ерш + 2рА*Дю;

M<* = _ v 2W ' (г) + Р(г)] + ш.

Здесь v*, vj,

V3 — постоянные

вида

(18.27);

 

 

 

 

 

S T —

2£«13

(I)

 

13

 

''(З)

2 (Зсбцвзз

7с^4)

7ct

аг\

 

\Qbcc

 

а " ------------ «

£

--------

 

44

 

 

 

зз

 

7(3) —

 

.

7(3) _

 

3 .

7(3) _

 

‘'•в

(18.38)

fll

=

245с,

;

------у- »

0\

=

7с,44

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л(0)

ЗСвс11с38

^С44

. "(0) _

с2с1г

 

 

 

 

со

— ~

 

гз

 

»

«л/.

 

 

 

о» и а — решения

уравнении.

 

44

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДДш — 15C£gr)

Дш 4-

525ссзэСцЛ4

ш = 0;

 

 

(18.39)

 

ДДа —

 

 

Да +

 

105с?,

 

0.

 

 

(18.40)

 

своЛ

 

2 44 а =

 

 

 

 

 

 

 

Cg6AJ

 

 

 

 

 

3. Общее решение уравнений равновесия ортотропной пластины. Изложенный выше метод может быть применен в некоторых случаях и для построения общих решений уравнений равновесия ортотропных пластин [1091. Покажем это на примере изгиба пластины в случае приближения N = 1. Для данного приближения система уравнений

(13.6) имеет вид

d*Ui

, .

d*Ui

,

(Cia +

_

л

д*и2

с6ъ I

ди3

.

3

\ _ «.

411 Ц Т + свв ~дуГ +

Сбв) }-------АЛ

дх

+

h Ul) ~ U|

52%

 

 

 

(4 . +

«-) - S t —

 

 

+ X «■) = 0S<18-«>

+ ««■&■ +

 

 

 

' 22

ду3*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

ЛЬ

+

5аы3

+ 4 (<55

5*

 

 

•) =

о,

 

'65

^2

£44 5у2

 

 

 

 

 

t/ч

1. 2); и3 =

Л

х =

xlt у = х2

 

 

 

где иа =

«а’ (а =

 

 

 

Если выполняется равенство

V ^ис22 = сп "Ь 2^вв>

(18.42)

то систему (18.41) можно привести к одному уравнению шестого по­ рядка, представленного в виде произведения оператора второго поряд. ка с характеристическим уравнением

C44S3 С55 = О

на оператор четвертого порядка, характеристическое уравнение ко­ торого имеет вид

CggS4 "4“ 2 (Cj2 ”Ь 2Cgg) S2 -f- 6'ц — 0.

 

 

(18.43)

Из (18.43) при условии (18.42) находим

 

 

 

 

 

 

Si —■S2 "" /Ctj

Sg ~~ 5^ —“““ ICCу

 

 

(18.44)

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

« =

c22

=

/ т

- S f e - -

 

 

(18.45)

 

 

g12

l

 

 

 

 

Перейдем к построению общего решения. Третье уравнение (18.41)

будет удовлетворяться тождественно,

если

функции

их

и iu

выбрать

в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h ди3

h до .

_

 

h

dus

p/t

dv

/ 1q

 

------ Т ~ д х~

Ж 1 г Г ’

“2

" Г ~ д Г + “ 2” ' а Г ’

<18-46'

где v — произвольная

достаточно

гладкая

функция,

а

0 =

1 /

.

Внося (18.46) в первые два уравнения (18.41) и учитывая при этом

соотношения

(18.45), будем

иметь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

■ Ь {[с» г

1 - < е*

* +

и

- £

- + а

-

1

 

 

+

 

 

 

 

 

 

+

2 (®12 ~f" 2СдЯ)

 

дА]U3

= 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дх

 

 

 

 

 

(18.47)

 

д . {

о

йго

.

а

 

 

 

.

 

d2v

$с443

 

 

 

 

 

]

о } -

 

 

дх

\^eeP

Qxi

~Ь [с2гР

(с12 "Ь сеа) Р

fiyi

А»

 

 

 

 

 

 

_

^ (cia 4” 2ceB)

 

dAfU3

 

 

 

 

 

 

 

2

д* .

б2

 

За*

 

 

ду

 

 

 

 

 

где

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ах =

 

дхг

-fду*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если к первому

уравнению

(18.47) применить

оператор

а ко

второму — a

д

 

 

 

 

 

 

 

 

уравнение

относительно

fa" и сложить их, то получим

одной функции v.

Следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аг (Д2п — x2h~2v) =

0,

 

 

 

(18.48)

W

А

02

&

,

&

 

 

Зс,Б5

. Общее

решение его представим

д , -

Р! - a jr +

- j p - ; X2 =

^вв

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в виде

v = к Ъ Г \< а + — (ClL+2C8a) № \F' (Zi) - F' (za)]f

(18.49)

opc44

 

где F fa) — произвольная голоморфная функция комплексной пере­ менной zt = х -f toy, a ca — регулярное решение уравнения

А2ю— х2Л 2ю — 0.

(18.50)

Если внести (18.49) в (18.47) и использовать формулы дифферен­ цирования

 

 

дг£

_д_

дх

дгг п дг,

дгг

то получим следующие уравнения:

<ЗД

ж - - - т р - '- И-етг - б“8^ w +F (*31+

 

+

■?аа(в 'С С"1

p2) |/;lv W

+ F‘v 1

(18.51)

 

 

 

 

 

 

 

 

=

-

w

<ct2 ~ рг) W

- -

Ша?

(г1> -

+

 

+

2<а3(^ + сдд.) . [а? _ 0 2 ) tFIV (2i) — Flv (2,)].

 

 

 

Р“С44

 

 

 

 

 

Проинтегрировав первое из них по х,

а второе — по у , будем иметь

Да

=

-

^ ^ „ 7 ^

- | ^

г -

6“2

<г»> +

+

+

 

 

(“ а— р!)

(г1> +

+

fi (Jto

 

 

 

 

 

 

 

 

(18.52)

Да

 

 

T S £ — е«2 [ f <*J + ? Ж ) Н -

+

 

+ '•*.? * . ( a * П

[F" (г,) +

F 4 i j l +

h W .

где h (У), /а (*) — произвольные функции. Отсюда, вычитая второе уравнение из первого, нетрудно видеть, что (у) / 2 {х) = с. Пола­ гая с — 0, из (18.52) находим

иа — Ф (zi) + Ф f a ) ----- 2~

(zi) "Ь Z1F fa.)] 4*

 

+ 4 ah2 & F" <*>> + г./5' (г ,)1 ~ — (g ~ —

* (18.53)

где Ф fa) — произвольная голоморфная

функция; а =

Cla~*~С(1в х

Х ( а * - 0 !).

 

31

Введем вторую комплексную

переменную

г2 =

х +

фу. Toi.

функцию щ можно записать таким образом:

 

 

 

а

щ = 3Rej^— Ч ? & ) + ah% F (гг)

+ ^ -Ф (гг) +

ih2

 

 

- ^ - ( а 2- р » )

Определив v и и3, из формул (18.46) найдем

 

 

(18.54)

 

 

 

иг = h Re |V (Zj) -f ZjF' (Zj)-f a ^ F ”(zt) — a h \F m (z1) —

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(18.55)

tta = ай Im [ F

(ZJ ) + ZjF' (zx) +

a2h2Fu(zx) — ah%Fm{z^

 

2

жглг\ i

to

a® l

 

 

 

3-CD (2l) 4 - —

T f j .

 

 

 

Здесь at — — a +

4

2Cga^ a a;

a2 =

a 4-

4 ^1а3^

2См^

ft2.

Решение (18.54), (18.55)

переходит

в решение (18.33), если положить

в нем Сц = с2з ~

Ci2 4" 2cefl и

Сц = С55.

 

 

 

 

 

§ 19. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ РЕШЕНИЯ

В этом параграфе излагается метод построения фундаментальных матриц решений уравнений равновесия пластин. Для определенности рассматривается случай приближения порядка N = 1. Равновесие

пластины в этом случае описывается уравнениями

г

д £

- г

дх$ +

4 - г \

дЪ*

 

1

Зс1з/

ди*____ о-

 

°и

 

^ 12 +

 

Св01

а*,а*8

+

h

 

дхл

и>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3с, 4

du

 

 

 

 

(с>*+

еи)

+ с* ~ й^

 

+ с"1 Щ

 

+

^

^

-

=

0;

(19.1)

 

ci8l

( dUj .

дил \ .

/

а2ц3

,

б2»з \

 

Зс33/а ..

 

_

п

 

 

(.

+

« ч ) +

 

«4

+

«4

j

 

ft"

3

 

 

 

при растяжении — сжатии и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д2о,_ .

___ЗСцР v

I /_

 

 

.

- \

 

dfyg

 

С4Д^

 

^р8

_ 0«

cn - d - + c««— 1

ft2

1 +

( la +

Cee)

а^а*,

 

Т

 

а*,

а**

'

а*2

 

 

(г _[_ с )

dzVj__ |_

dat>2

^Zp2

 

ЗСв4

 

С44/ at>3

_

Q. /1 9 2)

зс44г / аи, _i <^2 ^

/ <э2и3

a2w3 \

л

при изгибе, где / — характерный линейный размер пластины;

« а = Ы ? , Va =

Ula } (а = 1, 2)’, И8 =

Оа = ( i f .

Рассмотрим систему

(19.1). Обозначим через

 

 

 

 

 

и\

и]

«1

 

 

 

 

 

Г(лс, У)

-

1

2

3

 

 

(19.3)

 

 

«2

«2

«2

 

 

 

 

 

 

I

2

3

 

 

 

 

 

 

 

«3

Мз

«3

и1 =

(и\,

и{, «з)', и

матрицу,

столбцами

которой

являются

векторы

определим

каждый

вектор-столбец

и1 (I = 1, 2,

3)

таким

образом,

чтобы он удовлетворял системе уравнений (19.1) и обладал определен­ ной сингулярностью.

Итак, рассмотрим решение для первого столбца матрицы (19.3) (подразумевая при этом, что в (19.1) внесены значения и\). Для этого продифференцируем первое уравнение (19.1) по координате х1г а вто­

рое — по хо и сложим их. В

результате получим уравнение

 

 

 

duj

ди\

 

«и*- Аи\ = О,

(19.4)

 

 

 

л( dxt +

~дх7

+

из которого находим

 

 

 

 

 

 

 

 

ди\

диj

 

3cial

1 ,

1

д In г

(19.5)

 

 

dxi

дхг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где г =

| х — у | *

V{X! yxf

+

(х2— у2) \

у =

(ylt у2) — произвольная

точка

из

области

Q, занимаемой срединной плоскостью пластины.

Внося

значение

(19.4) в третье уравнение

(19.1),

имеем равенство

 

 

 

Аи\ — и2«з =

 

 

д \п г

 

 

 

 

 

CUC44^

дхх

 

 

 

 

 

 

 

Отсюда определяем ф ункцию «э, т. е.

1

сла/

/

а In г ,

дК0 (иг) \

 

 

\

дх1

dx-f } *

где Ко (кг) — модифицированная функция Бесселя, разложение в ряд

которой имеет вид

К0(кг) =

In Г -J- С 0 +

(хг)2” (In r

+ С„)

;

(19.6)

 

 

 

П=1 4Чptl)a

 

 

 

+ Y — 2

 

V — постоянная

Эйлера;

к1

3ссю1»

. Тогда

 

cuh*

f/g

fU

1 (КГ)

/

^ц^44К8Л

А

 

(19.7)

3

3

 

\т* -

/ 1

 

где

f ‘ (xr)“ £ ^ £ - < in r + c »> (Л - 1, 2, ...) .

(19.8)

и, следовательно,

и? =

2 ~ к*тэ (хг

уу) In г

т4 (xt уг) — 3та — ■?

 

3

 

 

 

 

 

HQ |^

и» =

Т

*‘тз (х* — y i) 'n r +

mt (хг - у г) _ Зт3 Щ »'>

,

 

к*

( h

г

3

\

Одg

 

где т 4 =

 

 

( —

С0 +

- f

с13т 8J .

 

Аналогично находим фундаментальную матрицу решений уравне­

ний (19.2),

Построение этой матрицы решений изложено в [117]. В ра­

боте [118]

найдена фундаментальная матрица решений уравнений рав­

новесия ортотропных пластин.

v

ГЛАВА S

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО

СОСТОЯНИЯ ОБОЛОЧЕК И ПЛАСТИН, ОСЛАБЛЕННЫХ ОТВЕРСТИЯМИ

В данной главе на основе найденных общих решений дается по­ становка граничных задач и метод их решения. Рассматриваются за­ дачи концентрации напряжений около отверстий и изучается вопрос о влиянии поперечных деформаций на характер распределения напря­ жений в окрестности отверстий.

§ 20. ФОРМУЛИРОВКА ГРАНИЧНЫХ ЗАДАЧ ДЛЯ ТРАНСВЕРСАЛЬНО-ИЗОТРОПНОЙ СФЕРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ

1. Общий вид граничных условий. Предположим, что срединная поверхность оболочки занимает область 5 с достаточно гладкой гра­ ницей L. Обозначим через v — орт внешней нормали к L, $ — орт касательной кривой L и n = v х s. Пусть на боковой (цилиндриче­

ской) поверхности Sv задач вектор напряжений Pv. Разложим его по ортам трехгранника v, s, п (рис. 6), т. е.

Pv =

CJvv'V~Ь <JvsS 4" OvnlT.

(20.1)

Вектор Pv представим в виде

[21]

 

 

 

N

 

 

 

pv = Т

£

(* +

т ) р?,р* ® '

(20.2)

где Pv’ — моменты напряжений,

определяемые

равенствами

 

 

h

 

 

P v '=

5 PvP*©dE3.

(20.3)

Таким образом,

 

—ft

 

 

 

 

 

 

Р ? =

offiv +

ffffis + a iV

(20.4)

Пусть на поверхности S задана ортогональная криволинейная система координат такая, что одна из координатных линий совпадает с кривой L. Тогда на основе формул преобразования компонент тен-;

зора напряжений (12.7) получаем равенства 1211:

< $ - о ! ? + 2 < 0 Й = - (-§ -)* (off —

(20.6)

о й + ai? = *?’*;

+ torn