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くたくたじゅうよん
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解
等
方
-
偏
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と
t
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和
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分
解
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T
=
T
S
D
⏟
偏差成分
+
1
n
(
t
r
T
)
I
⏟
等方成分
+
T
W
⏟
反対称成分
\pmb T=\underbrace{\pmb T_{SD}}_\text{偏差成分}+\underbrace{\frac1n(\mathrm{tr}\pmb T)\pmb I}_\text{等方成分}+\underbrace{\pmb T_W}_\text{反対称成分}
T
=
偏差成分
T
S
D
+
等方成分
n
1
(
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T
)
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+
反対称成分
T
W
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=
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:
S
:
T
T_{SD}:=\frac12(\pmb T+\pmb T^\top)-\frac1n\mathrm{tr}\left(\frac12(\pmb T+\pmb T^\top)\right)\pmb I={\cal\pmb S}:\pmb T-\frac1n\mathrm{tr}({\cal\pmb S}:\pmb T)\pmb I={\cal\pmb D}:{\cal\pmb S}:\pmb T
T
S
D
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2
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T
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\pmb T_W:=\frac12(\pmb T-\pmb T^\top)={\cal\pmb W}:\pmb T
T
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=
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等方-偏差分解
2階tensorを[2階等方tensor]と[偏差tensor]の和で表す分解[$ \pmb{T}=\pmb{T}_D+\pmb{T}_I][$ \pmb{T}_I:=\frac1n(\mathrm{tr}\pmb{T})\pmb{I}][$ n]はtensorの次元[$ \pmb{T}_D=\pmb{T}-\pmb{T}_I]
偏差写像tensor
[$ {\cal\pmb D}:={\cal\pmb I}-\frac1{\mathrm{tr}\bm I}\bm I\bm I][$ {\cal\pmb I}]は[4階恒等tensor][$ \bm T]に作用して[偏差tensor][$ {\cal\pmb D}:\bm T=\bm T-\frac1{\mathrm{tr}\bm I}(\mathrm{tr}\bm T)\bm I]を作り出す[4階tensor]
『連続体の力学5 (ベクトル演算と物理成分) 』
table:bibliography著 [棚橋隆彦]件名標目 [連続体力学]出版日 [1988-07-25]出版社 [理工図書]
4階等方tensorの逆tensorとその存在条件
[4階等方tensor][$ {\cal\pmb{C}}=\alpha\bm{I}\bm{I}+\beta{\cal\pmb{I}}+\gamma\tilde{\cal\pmb{I}}]の[逆tensor]は[$ |\beta|\neq|\gamma|]のとき存在し、次式で表される[$ {\cal\pmb{C}}^{-1}=-\frac{\alpha}{\beta+\gamma}\frac{1}{(\mathrm{tr}\bm I)\alpha+\beta+\gamma}\bm{I}\bm{I}+\frac{\beta}{\beta^2-\gamma^2}{\cal\pmb{I}}+\frac{-\gamma}{\beta^2-\gamma^2}\tilde{\cal\pm
2次元2階tensorの固有方程式の解
[2次元2階tensorの固有方程式]を解いて[2階tensorの固有値]を具体的に求める[2次方程式の解の公式]を使う[$ \lambda^2-({\rm tr}\bm A)\lambda+\det\bm A=0][$ \iff \lambda=\frac12({\rm tr}\bm A\pm\sqrt{({\rm tr}\bm A)^2-4\det\bm A})][$ \iff \lambda=A_m\pm\sqrt{A_m^2-\det\bm A}]
非対称tensorを正規直交基底で座標変換する
等方-偏差分解
3次元偏差tensor
ある正規直交基底[$ {\sf E}=(\pmb e_0,\pmb e_1,\pmb e_2) ]と3次元2階対称tensor[$ \pmb T ]を用意する[$ \pmb T ]を対角化して[$ \pmb T:=[\pmb T]^{\sf CC}_{ii}\pmb c_i\pmb c_i ]と書けることにするここで、[$ \pmb J:=\pmb c_0\pmb c_0+\omega\pmb c_1\pmb c_1+\omega^2\pmb c_2\pmb c_2=\omega^i\pmb c_i\pmb c_i]を導入する。
等方-偏差分解を用いてMohr円を導出する
[等方-偏差分解]を使うと[Mohr円]の式を簡単に導出できることに気づいた[takker.icon]ここでは、[$ A:=\begin{pmatrix}a_{00}&a_{01}\\a_{01}&a_{11}\end{pmatrix}]のMohr円の式を導いてみる[$ A]を[等方-偏差分解]すると、3つの基本的な行列の線型結合で表せる[$ A=\begin{pmatrix}a_-&a_{01}\\a_{01}&-a_-\end{pmatrix}+a_+\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix}]ー①
3次元のMohr円
これについて言及している資料は探しにくい見つけたものを列挙しておく[『土質力学 (土木工学叢書)』]中瀬さんが書いている章([『土質力学特論 (土木工学大成〈7〉)』])
4. 弾性論概説
from [連続体力学メモ]4. [弾性論]概説[弾性体]の[構成則]弾性体中の物質点[$ \bm{X}]に働く応力は、一般に↓で表せる[$ (\bm{F},\bm{X})\mapsto\bm{P}]
連続体力学メモ
(2022-09-22)[takker.icon]が[連続体力学]の学習でまだやれていないのが、連続体力学に登場するパラメタの時間微分の性質このページで、言葉の定義を整理しつつ、理解を書き出してみたい2024-01-05 連続体力学全般のメモを書くページに変えたまとまったメモから適宜切り出している[物質点]の位置
等方応力
[Cauchy応力tensor]の[第1不変量]を次元数(3次元なら[$ 3])で割ったもの[$ \sigma_m:=\frac{{\rm tr}\bm\sigma}{{\rm tr}\bm I}]記号は[$ p]を使うことが多い[平均応力]とも呼ばれるどちらに統一するか悩んでいる[takker.icon]
偏差tensor
[trace (tensor)]が0の[2階tensor][http://hooktail.sub.jp/vectoranalysis/TensorInvariance/ テンソル不変量 [物理のかぎしっぽ]]応力tensorから[静水圧]成分を分離したいときに使う[等方-偏差分解]任意の[2階tensor]は[等方tensor]と[偏差tensor]の和に分解できる
Mohr円導出で使った2次元対称tensorの分解
[Mohr円]導出で使った、[等方-偏差分解]を更に発展させたやつ[$ \def\mat#1{\begin{pmatrix}#1\end{pmatrix}}[T]=t_-\mat{1&0\\0&-1}+t_+\mat{1&0\\0&1}+\tau\mat{0&1\\1&0} ][$ [T] ]は対称行列だとする各基底の性質[$ \def\mat#1{\begin{pmatrix}#1\end{pmatrix}}[J]:=\mat{1&0\\0&-1},[I]:=\mat{1&0\\0&1}, [D]:=\mat{0&1\\1&0} ]のとき
2次元Cauchy応力tensorの座標変換からMohrの応力円を導出する:複素数ver.
[2次元Cauchy応力tensorの座標変換からMohrの応力円を導出する]では[回転行列]を頑張って解いたが、[複素数の掛け算]を使ったほうが簡単に計算できるかもしれない立式[2次元Cauchy応力tensorの座標変換からMohrの応力円を導出する]より[$ \def\mat#1{\begin{pmatrix}#1\end{pmatrix}}[\pmb{I}]^\mathsf{RE}=\mat{\cos\theta&\sin\theta\\-\sin\theta&\cos\theta} ]
tensorを分解する
色々方法がある[tensorの直和分解][対称tensor]と[反対称tensor]の和[- なにかの計算で便利だったんだけど、忘れた……][- [数学演習 I (演習)]][- でやったのは覚えている]
線型等方弾性体の弾性tensor
[等方弾性体]の[弾性係数tensor]は、2つのscalarで表現できる証明[4階等方tensor]より[$ {\cal\pmb C}=\lambda\pmb I\pmb I+\mu\tilde{\cal\pmb I}+\mu'{\cal\pmb I}]と表せる。一方、ひずみtensorの対称性より[$ {\cal C}_{ijkl}={\cal C}_{ijlk}]だから[$ \lambda\pmb I\pmb I+\mu\tilde{\cal\pmb I}+\mu'{\cal\pmb I}=\lambda\pmb I\pmb I+\mu{\cal\pmb I}+\mu'\tilde{\cal\pmb I}]
tensorの直和分解
速度勾配tensor
[$ \bm l:=\bm v\overleftarrow{\bm\nabla}][空間速度][$ \bm{v}]の[勾配][$ \bm\nabla\bm v]から[$ \bm v\overleftarrow{\bm\nabla}]に書き換え中性質[変形勾配tensor][$ \bm F]との関係
変位勾配tensor
[変位][$ \bm u]の勾配[$ \bm\nabla\bm u]慣習的に使われる記号はないもっぱら[微小ひずみtensor][$ \bm\varepsilon]のほうが多用されるからだろう[takker.icon]性質[$ \bm\nabla\bm u=\bm F-\bm I]
あとで井戸端に書くやつ
井戸端を開ける条件を満たせてないので、かわりにここに書きためておくここに書いてあることはいずれ井戸端に移すので、もし[- 暇なら]気が向いたなら他の人が移しちゃっても構いません。引用記法は不要です2023-12-04 18:50:36 なんか実質[あとでかく]と同じページになっちゃってるなまあいいか
変形の記述の現時点での理解メモ 2022-07-09
[初期配置]と[現位置]とを区別する初期位置[$ \pmb{X}]がある時刻[$ t]にいる位置を、運動函数[$ \pmb{\phi}(\pmb{X},t)]で表すこれをちょうど[質点系の力学]にて、質点Aの位置を[$ \pmb{r}_A]とかで表しているのと対応する質点系の力学では対象が離散的だから適当なラベルA,B,C,...を用意すればよかったが、連続体は空間内に緻密に存在するので、位置をラベルのかわりとして使わざるをえない
非対称tensorのmohr円
『連続体力学の話法:流体力学,材料力学の前に』
『連続体の力学序説』
偏差写像tensor
偏差tensorの不変量
[偏差tensor]の[2階tensorの不変量][偏差応力tensor]を扱うときによく登場する[基本不変量][$ ({\cal\pmb D}:\bm T):({\cal\pmb D}:\bm T)=\bm T:\bm T-\frac1{\mathrm{tr}\bm I}(\mathrm{tr}\bm T)^2]導出
渦粘性近似
[Reynolds応力][$ \bm\sigma_R=-\rho\overline{\bm v'\bm v'}]を[粘性応力]と同様のanalogyでモデル化した式のこと[$ \bm\sigma_R=2\rho\nu_T\overline{\bm d}-\frac23\rho k\bm I][$ \rho]:密度[$ \nu_T]:[渦動粘性係数]ちなみに[$ \mu_T:=\rho\nu_T]:[渦粘性係数]である
偏差第2不変量
[偏差tensor]の[第2不変量][$ J_2^{\bm T}=I_2^{\bm T}-\frac12\frac{\mathrm{tr}\bm I-1}{\mathrm{tr}\bm I}\left(I_1^{\bm T}\right)^2]導出[$ J_2^{\bm{T}}:=I_2^{{\cal\pmb D}:\bm T}][$ {\cal\pmb D}]:[偏差写像tensor]
偏差第3不変量
[偏差tensor]の[第3不変量][$ J_3^{\bm T}=I_3^{\bm T}-\frac{\mathrm{tr}\bm I-2}{\mathrm{tr}\bm I}I_1^{\bm T}I_2^{\bm T}+\frac13\frac{\mathrm{tr}\bm I-2}{\mathrm{tr}\bm I}\frac{\mathrm{tr}\bm I-1}{\mathrm{tr}\bm I}\left(I_1^{\bm
Mohr円と2階tensorの不変量との対応
[Mohr円]は、当然だがどの座標系からみた[2階tensor]成分から計算しても、同じ円を描くこれは、[Mohr円]が本質的に[2階tensorの不変量]で構成されることを意味する実際に、[Mohr円]の各パラメタは不変量で表現する事ができる描画対象の2次元2階tensorを[$ \pmb{T}]としたとき[Mohr円]の[$ \sigma]軸上の位置[$ =\frac12\mathrm{tr}\pmb{T}=\frac12I_1]
圧縮性流れの粘性係数を体積粘性率で書き換える
from [流体の運動方程式(レベル3):ナビエ・ストークスの方程式の導出 part2〜粘性応力の性質と導出〜][体積粘性率][$ \chi:=\lambda+\frac23\mu]を使うと、[圧縮性流れにおけるNavier-Stokes方程式]は次にように書き換えられる[$ \rho\frac{\mathrm{D}\bm v}{\mathrm{D}t}=\bm F-\bm\nabla P+\left(\chi+\frac13\mu\right)\bm\nabla(\bm\nabla\cdot\bm v)+\mu\bm\nabla^2\bm v]
4階tensorメモ
[4階tensor]は[2重縮合]を用いて[2階tensor]の[線型変換]として使える例:[Hookeの法則][$ \pmb{\sigma}={\cal\pmb{C}}:{\Large\pmb{\varepsilon}}]基本的な[2階tensor]の演算を[4階tensor]で表現する[$ {\cal\pmb{I}}:\pmb{T}=\pmb{T}][$ {\cal\pmb I}]は[4階恒等tensor]
『Introduction to Finite Strain Theory for Continuum Elasto-Plasticity (Wiley Series in Computational Mechanics)』
対称写像tensor
Reynolds応力方程式
[Reynolds応力][$ \bm\sigma_T]の[時間発展]則[$ \frac1\rho\frac{\overline{\rm D}\bm\sigma_T}{\overline{\rm D}t}=-\bm P-\bm F-\bm\Pi-\bm\nabla\cdot{\cal\pmb J}+\bm\varepsilon][$ \bm P:=\frac2\rho{\cal\pmb S}:\bm\sigma_T\cdot\overline{\bm l}]:生成項
応力速度
from [連続体力学メモ]文献によって記号がまちまちここでは[『非線形有限要素法のための連続体力学(第2版)』]にならう[$ \bm\sigma^\circ:=\left.(J^{-1}\bm F\cdot\dot{\bm S}\cdot\bm F^\top)\right|_{\bm X=\bm\phi^{-1}(\bm x,t)}]:[Truesdell応力速度tensor][$ \bm\tau^\circ:=\left.J\right|_{\bm X=\bm\phi^{-1}(\bm x,t)}\bm\sigma^\circ]:[Kirchhoff応力tensorのTruesdell速度]
Biot応力tenosr
[$ \bm T:={\cal\pmb S}:(\bm S\cdot\bm U)][$ \pmb{\cal S}]:[対称写像tensor][$ \bm{S}]:[第2Piola-Kirchhoff応力tensor][$ \bm{U}]:[物質stretch tensor][初期配置]について[物質stretch tensor]の時間導函数[$ \dot{\bm{U}}]と[仕事共役]をなす[応力tensor]
Beltrami-Michellの適合条件式
[微小ひずみの適合条件]に[等方弾性体のHookeの法則]と[連続体の力の釣り合い式]を代入して、Cauchy応力tensor[$ \bm\sigma]で表示したもの[$ \bm\nabla^2\bm\sigma+\frac1{1+\nu}\bm\nabla\bm\nabla{\rm tr}\bm\sigma=-\frac{\nu}{1-\nu}(\bm\nabla\cdot\bm K)\bm I-2{\cal\pmb S}:\bm\nabla\bm K]
反対称写像tensor
Levi-Civita記号
[Cross積]や[行列式]を定義するときにつかうやつ一般の場合[反対称tensorの定義]と同様に書くと、以下の式を満たす[$ \epsilon]を[$ n]階の[Levi-Civita記号]と定義できる1. [完全反対称]性[$ \epsilon_{\lambda_0\lambda_1\cdots\lambda_i\cdots\lambda_j\cdots\lambda_{n-1}}=-\epsilon_{\lambda_0\lambda_1\cdots\lambda_j\cdots\lambda_i\cdots\lambda_{n-1}}]
3階完全反対称tensorの各種演算
[交代tensor]([3階完全反対称tensor])の各種演算[$ \sf E]は正規直交基底とする[$ [{\Large\pmb{\epsilon}}]^\mathsf{EEE}_{ijk}=\epsilon_{ijk} ]となる[$ \epsilon_{ijk}]は[Levi-Civita記号]交代tensor同士の計算
3階完全反対称tensorでVector3重積を展開する
from [3階完全反対称tensorの各種演算][3階完全反対称tensor]で[Vector3重積]を展開する[$ \pmb{a}\times(\pmb{b}\times\pmb{c})={\Large\pmb{\epsilon}}:\pmb{a}\otimes(\pmb{b}\times\pmb{c})][$ ={\Large\pmb{\epsilon}}:\pmb{a}\otimes({\Large\pmb{\epsilon}}:\pmb{b}\otimes\pmb{c})]
『連続体の力学5 (ベクトル演算と物理成分) 』
tensorの数学的な実装法
の[takker.icon]の2024-11-05時点の理解を書いておく最終的には、なるべく数学で一般に使われる定義に寄せたいところこのあたりは調査済みページ先を参照[線型空間]
nablaの座標変換
まとめ[nabla]の成分は任意の基底[$ \sf E]にて以下のように表される[$ \pmb{\nabla}=\sum_i\pmb{e}_i\frac{\partial}{\partial e_i}]座標変換別の成分への変換
2重縮合
[$ (\pmb{a}\pmb{b}):(\pmb{c}\pmb{d})=(\pmb{b}\cdot\pmb{c})(\pmb{a}\cdot\pmb{d})]2階階数を落としたtensorを作る[tensorの演算][2階tensor]の場合は内積に相当するどの成分同士を縮約するかで違った定義がある[『連続体の力学5 (ベクトル演算と物理成分) 』]では演算子を使い分けていた
Christoffel vector
[$ \pmb{\Gamma}^\mathsf{EF}_{ij}:=\frac{\partial \pmb{f}_j}{\partial \bar{e}_i}]記号は[tensorの成分表示]を参照[Christoffel記号]をvectorにしたもの[Christoffel記号]との関係[$ {\Gamma_{ij}}^k={k\brace i\ j}=\pmb{\Gamma}^\mathsf{EE}_{ij}\cdot\bar{e}_k]
2023-09-01
2階tensorの不変量
[2階tensor]から導出される、[座標変換]に不変な[scalar]のこと[座標]に依存しないscalarとも言えるtensorを引数にとるscalar値函数で、特定の基底をに依存しないものはすべて不変量になるその無数の不変量のうち、いくつかの形がよく使われるただし[よく使われる2階tensorの不変量の定義は文献によってまちまち]
4階tensorの不変量
[4階tensor]の[不変量]はかなり複雑になるらしい[https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0270025587905355?via%3Dihub Irreducible invariants of fourth-order tensors][Invariants_of_tensors - Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Invariants_of_tensors]から見つけた
PP-2023S
table:basic informationTitle [公共政策]Title (en) Public PolicyInstructor [寺部慎太郎]Schedule 2023年度後期 木曜1限
Young率&Poisson比の物理的意味を調べる
from [線型等方弾性体の弾性tensor][Young率][$ E]&[Poisson比][$ \nu]の物理的意味を調べる[Young率][$ E]&[Poisson比][$ \nu]物理的意味をtensorで把握する方法がすぐに思い浮かばない[$ K,G]との関係式を[$ {\cal\pmb C}= K\pmb I\pmb I+2G{\cal\pmb D}]に代入して、天下り式に求めてみよう
GRI-2023S
table:basic informationTitle 地盤強化改良工学Title (en) Ground Reinforcement and ImprovementInstructor [菊池喜昭], [石丸太一]Schedule 2023年度後期 金曜2限
✅field (Anki)をScrapbox記法で書く (scrapbox2anki)
from [テスト直前にAnki問題を作って解いた結果]⬜[field (Anki)]をScrapbox記法で書く [scrapbox2anki]使いたいもの箇条書きテーブル
✅<dialog>を閉じたあとも、ページ末尾にdialogが表示されたままになる
2023-09-01 振り返り
寝る前やること1. ✅明日の天気確認2. 明日やることを視界に入れる3. [/takker/2023-08-25]の行動を振り返る4. [/takker-memex/昨日やり残したことと今日やること整理 2023-09-01]を開いて、やり残したことと明日やることを貼り付ける
夕方に見るページ
from [一日を始める前にみるページ][18:00になったらlaptopをザックに入れ][ぐだる日](日曜日など)は17:00以降に早める[18:00~09:00は井戸端を開か]ない[よるごはんを30分に収め]る
✅takker-workflow@0.0.1/next-action-viewerで<dialog>を使う
from [日刊記録sheet 2023-08-23]背景[<dialog>とPreactでmodal windowを作ってみる]を参照テストに成功したので、実装に移ったまず[takker-workflow@0.0.1/next-action-viewer]に組み込んでみる
✅crawlに統一する (scrapbox2anki)
✅crawlに統一する ([scrapbox2anki])[api/page-data/export/:projectname.json]だと行IDを取得できないので使わない[ある日時以降に更新されたすべてのscrapboxのページを取得するscript]を使うcrawlした日時を特定のページに記録しておく次回はその日時以降に更新されたページのみを確認する
✅deck (Anki)とnote type (Anki)の設定をtable記法ではなくJSONにしたい
Windows Terminalを起動するとIMEが勝手に半角英数に変わる
連続体の運動方程式をLagrange的に求める
[Newtonの運動方程式]から出発する[$ \mathrm{d}(m_i\pmb v_i)=\pmb T_i\mathrm dt][$ \bullet_i]:[$ i]で添え字づけられた[質点]の物理量[$ m_i,\pmb T_i]を、単位体積あたりの量に書き換える[$ \mathrm d(\rho_i\mathrm dV_i\pmb v_i)=\pmb t_i\mathrm dV_i\mathrm dt]
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3重分解
等方-偏差分解
と
tensorの直和分解
を適用した分解のこと
$ \pmb T=\underbrace{\pmb T_{SD}}_\text{偏差成分}+\underbrace{\frac1n(\mathrm{tr}\pmb T)\pmb I}_\text{等方成分}+\underbrace{\pmb T_W}_\text{反対称成分}
$ T_{SD}:=\frac12(\pmb T+\pmb T^\top)-\frac1n\mathrm{tr}\left(\frac12(\pmb T+\pmb T^\top)\right)\pmb I={\cal\pmb S}:\pmb T-\frac1n\mathrm{tr}({\cal\pmb S}:\pmb T)\pmb I={\cal\pmb D}:{\cal\pmb S}:\pmb T
$ {\cal\pmb D}
:
偏差写像tensor
$ {\cal\pmb S}
:
対称写像tensor
$ \pmb T_W:=\frac12(\pmb T-\pmb T^\top)={\cal\pmb W}:\pmb T
$ {\cal\pmb W}
:
反対称写像tensor
$ n
は
$ \pmb T
の次元
『連続体の力学5 (ベクトル演算と物理成分) 』
で使われていた用語
2023-09-01時点で他の文献の利用例を見つけていない
#2023-09-01
06:24:51