Многократное выделение квазистатической составляющей для случая дифференцируемых по времени внешних сил




Обобщим представление (11.1.10) на случай многократного выделения квазистатической составляющей и будем искать решение в виде [24]

(11.2.1)

Здесь – функции, определяемые ниже из соответствующих статических задач, - динамическая составляющая n -го порядка.

При этом предполагается, что функция , характеризующая изменение нагрузки во времени, является 2 n раз дифференцируемой.

Подставляя представление для перемещений (11.2.1) в уравнение (11.1.1), будем иметь

(11.2.2)

Сделав замену индекса j, по которому ведется суммирование в правой части равенства (11.2.2) на j=k- 1 и выделив некоторые слагаемые из сумм, равенство (11.2.2) можно представить в следующем виде

 

(11.2.3)

Выберем функции таким образом, чтобы выражения, стоящие множителями при (j =0, 1, …, n- 1), обратились в нули. Тогда функции будут удовлетворять следующим последовательно решаемым статическим задачам

. (11.2.4)

При условиях (11.2.4) функция будет удовлетворять динамическому уравнению

(11.2.5)

Потребуем, чтобы функции и удовлетворяли граничным условиям исходной задачи, тогда функция (11.2.1) также будет удовлетворять указанным граничным условиям.

Чтобы проследить сходимость вынуждаемой части решения, будем рассматривать далее случай нулевых начальных условий

  (11.2.6)

Очевидно, что если будут выполняться следующие равенства для производных

(11.2.7)

Функция , характеризующая динамическую составляющую, будет удовлетворять нулевым начальным условиям

. (11.2.8)

Условия (11.2.7) указывают на то, что функция q (t) должна быть представима в окрестности нуля следующим рядом Тейлора

(11.2.9)

или иметь следующую структуру

,  

где q* (t) – произвольная ограниченная в нуле функция (2 n раз дифференцируемая).

Отыскивая решение уравнения (11.2.5) в виде разложения по собственным формам колебаний рассматриваемой упругой системы

(11.2.10)

получим следующие выражения для обобщенных координат Si

(11.2.11)

Предполагается, что формы ji (х) пронормированы по единичной массе.

Решение уравнения (11.2.11) при нулевых начальных данных (11.2.8) имеет вид

(11.2.12)

где

(11.2.13)

Определим коэффициенты Фурье разложения n - ой квазистатики, входящие в (11.2.12).

Применение к рекуррентной последовательности уравнений (11.2.4) метода разложения по собственным формам колебаний приводит к следующему значению для w 0 n

(11.2.14)

где Ai= { p,ji } – обобщенная сила.

Действительно, будем отыскивать решение первого уравнения (11.2.4) в виде

(11.2.15)

Подставив (11.2.15) в первое уравнение и учитывая следующее равенство для собственных форм колебания

, (11.2.16)

будем иметь

(11.2.17)

Умножая скалярно левую и правую часть (11.2.17) на и учитывая ортогональность форм собственных колебаний, получим

(11.2.18)

Рассмотрим второе уравнение (11.2.4) (k =2) с учетом (11.2.18)

(11.2.19)

Аналогично (11.2.15) будем отыскивать решение (11.2.19) в виде

(11.2.20)

После подстановки из (11.2.20) в уравнение (11.2.19) и учета (11.2.16), будем иметь

(11.2.21)

Скалярное умножение обеих частей (11.2.21) на приводит к равенствам

(11.2.22)

Повторяя последовательное решение рекуррентной системы уравнений (11.2.4), получим для соотношение (11.2.14).

Из (11.2.14) будем иметь следующее выражение для коэффициентов Фурье

(11.2.23)

Подставляя Si (t) (11.2.12) с учетом (11.2.23) в равенство (11.2.10), для полей кинематических параметров (11.2.1) приходим к следующему окончательному выражению

(11.2.24)

Без выделения квазистатической составляющей решение для имеет вид (11.1.9).

Нетрудно видеть, что сходимость ряда (11.2.24) существенно улучшена по сравнению с (11.1.9) за счет дополнительных множителей , причем каждое дополнительное выделение квазистатики (увеличение на единицу) приводит к ускорению сходимости на . В частном случае при n =1 из (11.2.24) получаем решение для случая однократного выделения квазистатической составляющей (11.1.25).

Отметим, что столь сильное влияние выделения квазистатической составляющей на сходимость решения связано с тем, что фундаментальные решения динамических задач обладают одинаковыми особенностями или главными частями со статическими в пространстве координат [6, 30]. Поэтому выделение из динамической задачи соответствующего квазистатического решения устраняет особенности и разрывы комбинаций производных, через которые выражаются кинематические и силовые факторы, и делает остающуюся часть динамического решения более гладкой и быстросходящейся. Особенно явно этот эффект прослеживается при наличии скачков во внешних нагрузках и при действии сосредоточенных сил.

Отметим также, что факт совпадения особенностей статических и динамических задач использовался при сведении граничных задач стационарных колебаний к интегральным уравнениям [17, 18] (путем выделения особенностей статической задачи и построения комбинаций специальных функций, удовлетворяющих динамической задаче, с теми же особенностями).



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-06-03 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: