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张量分析在建立力学平衡方程的运用
(19)
以及 等。 同样的,对于运动情况有
(21) (20)
式中,αi为加速度分量,ρ为密度。如果为Fi为根据单位质量测得 的值,ρ Fi那么它应该用代替。
(8)
又
(9)
将式(9)代入式(8)得
(10)
但从力的平衡式(5)得
,那么
(11)
由于
(12)
将式(12)代入(11)得出
(13)
或
(14)
对于任一体积,有
(15)
其中隐含
(16)
例如,考虑i=1的情况,那么式(15)给出以下非零项
(17)
但
,所以
。
利用式(16),则式(5)可以写成
(18)
式(18)和式(16)可以用(x,y,z)(von Karman)标记写成
对于物体的任一体积V,其表面积为A,如图1所示,于是有以 下的平衡条件:力矢量和为零,即 ,或
(1)
对点的力矩矢量和为零,即
,或
(2)
将
代入,式(1)可写成
(3)
利用散度定理,上式可表示成
(4)
图1
对于一个任意的体积
(5)
同样,式(2)可写成以下形式:
(6)
由散度定理,其i固定,有
(7)
于是,式(2)变成
张量分析在建立力学平衡 微分方程中的运用
研究问题中张量分析的必要性
自然界变化和运动是有规律的,认识这些规律是自然 科学的任务。而用数量来描述这些规律时,往往需要引入 坐标系,才能把数学带到自然科学中去。然而,本来与坐 标系选取无关的自然规律,它的数学表达形式不得不与坐 标系的选择夹杂在一起,而使人对其物理实质不易辨认。 张量的引入,则恰是力图既采用坐标系又摆脱具体坐 标系影响的一种尝试。使用张量,可以简化推导,使演算 使用张量, 使用张量 可以简化推导, 过程清晰,表达整齐, 过程清晰,表达整齐,用张量来描述自然科学中一些规律 所得的结果,在任何坐标系具有不变的形式,这将给研究 所得的结果,在任何坐标系具有不变的形式, 工作带来极大的方便。