,则: ????是齐次可能应力)
IIc(????????)?IIc?(?? ) (2-164) 证:
根据余能定义(4-50),有:
IIc(???)?12T???V????a????dV?12?????T?dsSuuTIIc(????????)????V(????????)TT?a?(????????)dV (2-165)
????u?(?T????T?)dsSu以上二式相减得:
IIc(????????)?IIc?(???)12
???V?????a?????dV???????dVVTT????????u???T?dsSuT (2-166)
由于???是真实应变,因而也是可能应变,而????是齐次可能应力,因此虚应力方程成立,仿照式(4-41),有:
???V???????dVT? ??????T?ds?0 (2-167)
SuuT将式(b)代入式(a),得:
(???) IIc(????????)?IIc?12 ???V?????a?????dV (2-168)
T上式右边是应力????相应的应变余能,不可能是负值,因此式(4-63)成立。证毕。
2.8.7 赫林格——瑞斯纳变分原理
最小势能原理和最小余能原理可称为弹性力学的基本变分原理。由基本变分原理出发,还可以导出一些广义变分原理。在下面两节介绍两个重要的广义变分原理。
赫林格(E.Hellinger)和瑞斯纳(E.Reissner)分别于1914年和1950年提出的变分原理称为赫林格——瑞斯纳变分原理,简称H——R变分原理。
赫林格——瑞斯纳变分原理可表述如下:
在弹性力学小位移平衡问题中,与任意的应力和位移相比,真实的应力和位移使赫林格——瑞斯纳泛函IIHR或IIHR为驻值;反之,如果应力和位移使IIHR或IIHR为驻值,则该应力和位移必为真实的应力和位移。
泛函IIHR或IIHR定义如下: IIHR?
'''???V1TTTT???(Du)??a??????????F?????2???u????dV
????(?u??u)Su??T?L????ds???S??T?T ?u?ds (2-169)
IIHR?'???VTT?1???a??u(D??F)?????????????2?dV ????
???Su?u?T?L????ds???S?u?(?L??????T?)ds (2-170)
T? 利用数学恒等式(4-14),可知下列关系成立:
' IIHR=IIH (2-171) R'因此,两个泛函IIHR和IIH是互等的。 R应力???和位移?u?为真实解的充分必要条件是它们满足以应力???和位移?u?为基本变量时的弹性力学基本方程,即:
?D??????F???0?
(在V内)(在V内) (2-172)
(在S?内)(在Su内)?D??u???a??????0??L??????T???0??u???u???0?T可以证明,泛函驻值条件 ?IIHR?0或?IIHR?0 (2-173)
'与方程(4-103)彼此等价,从而赫林格——瑞斯纳变分原理成立。
证:
由式(4-100)求变分,得: ?IIHR??????T(?D?T??u?)?(?D?T?u?)T?????(?a????)T?????F?dV????u??????SuV
???(?u??u)??T?L?????ds???S(?L????)??u?ds???STu??T?TT??u?ds (2-174)
根据数学恒等式(4-14),有: ???????(?D???u?)dVV?IIHR?TT????V(?D????)T??u?dV???S(?L????) ??u?ds (2-175)
将式(4-104)代入式(b),得:
???V?(?D?????F)T??u??(?D?T?u???a????)T?????dV
???????(?u??u)Su??T ?L?????ds???S(?L??????T?)T??u?ds (2-176)
?由于??u?在V内和在S?上,????在V内和在Su上都是任意的,因此根据式(4-105)可知,由式(a)可导出式(4-103),而由式(4-103)也可导出式(a)。证毕。
赫林格——瑞斯纳变分原理属于含两类泛函变量?u?和???的广义变分原理,其中?u?和???不需事先满足任意强制条件。
2.8.7 胡海昌——鹫津久变分原理
胡海昌和鹫津久一郎分别于1954年和1955年提出的变分原理称为胡海昌——鹫津久变分原理,简称H——W变分原理。
胡海昌——鹫津久变分原理可表述如下:
在弹性力学小位移平衡问题中,与任意的位移、应变、应力相比,真实的位移、应变、
'应力使胡海昌——鹫津久泛函IIHW或IIH为驻值;反之,如果位移、应变、应力使IIHW或W'IIHW为驻值,则该位移、应变、应力必为真实的位移、应变、应力。
'泛函IIHW或IIH定义如下: WIIHW?
???VTTT?1?A???(??D?????????u?)?F?????2???T?u??dV?? (2-177)
???(?u??u)Su??T?L????ds???S???TT?u?dsIIHW?'
????VTT?1?A?????????????(?D?????F???2???T?u??dV?? (2-178)
????SuuT?L????ds???S(?L??????T?)T?u?ds?利用数学恒等式(4-14),可知下列关系式成立:
' IIH=IIHW (2-179) W 位移?u?、应变???、应力???为真实解的充分必要条件是它们满足以位移?u?、应变
???、应力???为基本变量时的弹性力学基本方程,即:
?D??????F???0??????D?T(在V内)(在V内)(在V内) (2-180) (在S?内)(在Su内)?u???0? ?????A??????0??L??????T???0??u???u???0?可以证明,泛函驻值条件: ?IIHW?0或?IIHW?0 (2-181)
'与方程(4-109)彼此等价,从而胡海昌——鹫津久变分原理成立。
证:
由式(4-106)求变分,得:
?IIHW????V?(?A????)T????????T????????T(?D?T??u?)?T?(?????D?dV?u?)??????F???u???TT?(2-182)
???(?u??u)Su??T?L?????ds???S(?L????)T??u?ds???Su???TT??u?ds将式(4-104)代入式(d),得:
?IIHW????VTT?(?D?????F)?u???(A????????)?????????dV ??(???D??u?T?)?????T???(?u??u)Su??T?L?????ds???S(?L??????T?)T??u?ds (2-183)
?由于??u?在V内和在S?上,????在V内,????在V内和在Su上都是任意的,因此
根据式(4-110)可知,由式(4-109)可导出式(c),而由式(c)也可导出式(2-183)。证毕。
胡海昌——鹫津久变分原理属于含三类泛函变量?u?,???和???的广义变分原理,其中?u?,???和???不需事先满足任何强制条件。
参考文献:
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[3]胡海昌.弹性力学的变分原理及其应用[M].北京:科学出版社,1981. [4]金在津,谢祚水,古长江.船舶计算结构力学[M].大连:大连理工大学,1990. [5]陈明祥.弹塑性力学[M].北京:科学出版社,2007.
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