二元运算、四阶张量和张量代数

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2021-12-14 18:58:34

由于我对弹性问题感兴趣,因此我试图了解二元运算一段时间。我相信直觉的理解(而不是假设)会给我很好的解决问题的能力。

  1. 几乎所有关于弹性的讲义中都显示了以下等式。但是,我不明白这个结果是如何得出的。你真的能得出这个结果吗?还是这个结果相当直观?
    A13(I:A)I=(I13(II)):A
  2. 还有四阶身份张量是什么样的?我到处都看到以下符号。
    I=δijδkleiejekel
    无法理解这一点可能是由于我对二元运算符缺乏了解。每个讲义都详细说明了标量。但不是在张量上。请显示实际矩阵。它可以帮助更好地理解操作。
  3. 还有向量和张量之间的二元组是如何工作的?你如何数值计算II在下面的
    E=λII+2μIsym
    我从斯坦福笔记 中提取了上述方程

我相信我已经详细说明了我的问题。如果有任何笔记或书籍可以详细说明这些琐事,也请告诉我。

2个回答

二元乘积将两个向量作为输入并输出二阶张量。这就是我所知道的二元乘积,二元是术语ab. 一般的二阶张量可以写成对的线性组合。

通常是符号被称为张量积,它输出高阶张量。我认为这在索引符号中更容易理解

A=BC,

BC二阶张量,是四阶张量。在索引符号中,这是

Aijkl=BijCkl.

如果你想计算这个,你需要一个 4 维数组。以下代码片段执行此操作

for i in range(3):
    for j in range(3):
        for k in range(3):
            for l in range(3):
                A[i, j, k, l] = B[i, j] * C[k, l]

这取决于您使用的编程语言。可能已经内置了张量产品的功能。

关于,如何可视化四阶张量。这更困难,因为它可以被认为是一个 4 维数组(对于某些坐标系),为此您需要 4 个维度。通常做的一件事是将其表示为 9 x 9 矩阵或矩阵矩阵。

例如,以下是II.

⎡⎡1  0  0⎤  ⎡0  0  0⎤  ⎡0  0  0⎤⎤
⎢⎢       ⎥  ⎢       ⎥  ⎢       ⎥⎥
⎢⎢0  1  0⎥  ⎢0  0  0⎥  ⎢0  0  0⎥⎥
⎢⎢       ⎥  ⎢       ⎥  ⎢       ⎥⎥
⎢⎣0  0  1⎦  ⎣0  0  0⎦  ⎣0  0  0⎦⎥
⎢                               ⎥
⎢⎡0  0  0⎤  ⎡1  0  0⎤  ⎡0  0  0⎤⎥
⎢⎢       ⎥  ⎢       ⎥  ⎢       ⎥⎥
⎢⎢0  0  0⎥  ⎢0  1  0⎥  ⎢0  0  0⎥⎥
⎢⎢       ⎥  ⎢       ⎥  ⎢       ⎥⎥
⎢⎣0  0  0⎦  ⎣0  0  1⎦  ⎣0  0  0⎦⎥
⎢                               ⎥
⎢⎡0  0  0⎤  ⎡0  0  0⎤  ⎡1  0  0⎤⎥
⎢⎢       ⎥  ⎢       ⎥  ⎢       ⎥⎥
⎢⎢0  0  0⎥  ⎢0  0  0⎥  ⎢0  1  0⎥⎥
⎢⎢       ⎥  ⎢       ⎥  ⎢       ⎥⎥
⎣⎣0  0  0⎦  ⎣0  0  0⎦  ⎣0  0  1⎦⎦

正如其他用户所指出的,您编写的第一个等式不正确。但是,我想你想知道的是为什么(I:A)I=(II)A. 您可以通过使用 dyads 属性来显示这一点。

(BB):A=(BijBkleiejekel):(Amnemen)=BijBklAmnδkmδlneiej=BmlAmlBijeiej=(B:A)B