使用牵引力与混合 BC 的线性弹性建模负载

计算科学 边界条件 固体力学
2021-12-07 03:02:35

在经典线性弹性中,当对力/载荷边界条件进行建模时,我们似乎可以:

  1. 使用纯 Neumann 边界条件,其中指定了 3 个牵引分量。在 3-D 中,2 个切向牵引分量为零,非零分量为法向分量。

  2. 使用混合边界条件。在这里,2 个切向牵引分量将为零。正常的牵引分量是未知的。但是,现在已知法向位移,而 2 个切向位移是未知的。

问题:

  • 说 1 和 2 都是模拟这种力边界条件的准确方法是否正确?

  • 是否有将 1 转换为 2 的实际解析表达式?

  • 如果我们知道法向牵引分量,我们真的可以将其唯一地转换为法向位移值吗?

1个回答

您使用的两种描述描述了不同的物理情况。

首先,你施加一个给定的力(你假设它垂直于表面,尽管它当然通常也可以有一个切向分量),然后位移将简单地由对象如何确定施加的力会对力产生反应。一个例子是,如果你将一个已知质量的重物放在一个可变形物体的顶部——比如说,你将一辆卡车停在一座桥上:它有一个固定的重量,桥会根据它的弹性特性变形。

你描述的第二种情况是你施加一定的位移,不管需要多大的力。一个例子是,如果您将钢制工具推入柔软的物体:钢将变得足够坚硬,不会明显变形,这样您就可以实现所需的任何变形,而不管必要的力如何。

由于这是两种完全不同的物理情况,因此无法将一种描述转换为另一种描述。换句话说,没有简单的方法(除了求解弹性方程)来计算您在上述情况 1 中为给定力获得的位移,或计算在情况 2 中获得给定位移所需的力。换句话说,您的第二个和第三个问题的答案是“不,如果不实际求解弹性方程,这是不可能的”。