応力の対称性
Cauchy応力tensorは対称tensorになる
内部角運動量がないときの連続体の角運動量保存則と同値
証明
from 連続体力学 飯塚敦
$ \frac{\partial}{\partial t}\int_{B(t)}\bm x\times\rho\bm v\mathrm dv=\int_{\partial B(t)}\bm x\times(\bm\sigma\cdot\mathrm d\bm s)+\int_{B(t)}\bm x\times\rho\bm g\mathrm dv\quad\text{.for }\forall B
$ \iff \int_{B(t)}\rho\frac{\mathrm D(\bm x\times\bm v)}{\mathrm Dt}\mathrm dv=\int_{\partial B(t)}\bm x\times(\bm\sigma\cdot\mathrm d\bm s)+\int_{B(t)}\bm x\times\rho\bm g\mathrm dv
$ \becauseReynoldsの輸送定理
$ ={\Large\bm\epsilon}:\int_{\partial B(t)}\bm x\bm\sigma\cdot\mathrm d\bm s+\int_{B(t)}\bm x\times\rho\bm g\mathrm dv
$ ={\Large\bm\epsilon}:\int_{B(t)}(\bm x\bm\sigma)\cdot\overleftarrow{\bm\nabla}\mathrm dv+\int_{B(t)}\bm x\times\rho\bm g\mathrm dv
$ ={\Large\bm\epsilon}:\int_{B(t)}\left(\bm I\cdot\bm\sigma^\top+\bm x\bm\sigma\cdot\overleftarrow{\bm\nabla}\right)\mathrm dv+\int_{B(t)}\bm x\times\rho\bm g\mathrm dv
応力が転置されているのは、後形 (tensor解析)で記述したから
前形 (tensor解析)を使えば転置が消える
$ =\int_{B(t)}\left({\Large\bm\epsilon}:\bm\sigma^\top+\bm x\times(\nabla\cdot\bm\sigma^\top+\rho\bm g)\right)\mathrm dv
$ =\int_{B(t)}\left({\Large\bm\epsilon}:\bm\sigma^\top+\bm x\times\rho\frac{\mathrm D\bm v}{\mathrm Dt}\right)\mathrm dv\quad\text{.for }\forall B
$ \because連続体の運動方程式
$ \iff\rho\frac{\mathrm D(\bm x\times\bm v)}{\mathrm Dt}={\Large\bm\epsilon}:\bm\sigma^\top+\bm x\times\rho\frac{\mathrm D\bm v}{\mathrm Dt}
$ \iff\rho\bm x\times\frac{\mathrm D\bm v}{\mathrm Dt}={\Large\bm\epsilon}:\bm\sigma^\top+\bm x\times\rho\frac{\mathrm D\bm v}{\mathrm Dt}
$ \iff {\Large\bm\epsilon}:\bm\sigma^\top=\bm 0
$ \iff {\Large\bm\epsilon}:\bm\sigma=-\bm0=\bm0
$ \iff {\Large\bm\epsilon}\cdot{\Large\bm\epsilon}:\bm\sigma=\bm0
$ {\large\bm\epsilon}:{\large\bm\epsilon}\cdot{\large\bm\epsilon}={\large\bm\epsilon}だから同値関係が成立する
$ \iff{\cal\bm W}:\bm\sigma=\bm 0
3階完全反対称tensorの各種演算を参照
$ \iff\bm\sigma=\bm\sigma^\top
#2023-11-04 13:54:04
#2023-10-30 21:11:29