텐서 유도체(연속역학)

Tensor derivative (continuum mechanics)

2차 텐더에 관한 스칼라, 벡터, 2차 텐서의 파생상품은 연속체 역학에서 상당히 유용하다.이러한 파생상품은 비선형 탄성가소성의 이론, 특히 수치 시뮬레이션을 위한 알고리즘 설계에 사용된다.[1]

방향파생물은 이러한 파생상품을 체계적으로 찾을 수 있는 방법을 제공한다.[2]

벡터 및 2차 텐더 관련 파생 모델

다양한 상황에 대한 방향파생상품의 정의는 다음과 같다.파생상품을 취할 수 있을 정도로 기능이 충분히 원활하다고 가정한다.

벡터의 스칼라 가치 함수의 파생 모델

f(v)를 벡터 v의 실제 가치 있는 함수가 되게 한다. 다음에 v(또는 v)에 관한 f(v)의 파생상품은 어떤 벡터 u가 존재하는 그것의 도트 제품을 통해 정의된 벡터다.

모든 벡터들을 위해.위의 도트 제품은 스칼라를 산출하며, 만약 u가 단위 벡터라면 u방향으로 v에서 f의 방향파생물을 제공한다.

속성:

  1. If then
  2. If then
  3. If then

벡터의 벡터 평가함수의 파생상품

f(v)를 벡터 v의 벡터 값 함수가 되게 한다. 다음, v (또는 v)에 관한 f(v)의 파생상품은 벡터 u를 포함한 그것의 도트 제품을 통해 정의된 두 번째 순서 텐서다.

모든 벡터들을 위해.위의 도트 제품은 벡터를 생성하며, 만약 u가 단위 벡터라면 방향 u에서 v에서 f의 방향 파생물을 제공한다.

속성:

  1. If then
  2. If then
  3. If then

2차 텐더의 스칼라 평가 함수 파생상품

Let be a real valued function of the second order tensor . Then the derivative of with respect to (or at 방향의 )은 다음과 같이 정의된 두 번째 순서 텐서임

모든 2차 주문 텐셔너 에 대해

속성:

  1. If then
  2. If then
  3. If then

2차 텐더의 텐서 함수 파생상품

Let be a second order tensor valued function of the second order tensor . Then the derivative of with respect to ( T 방향의 displaystyle 에서) 는 다음과 같이 정의된 네 번째 순서 텐서입니다.

모든 2차 주문 텐셔너 에 대해

속성:

  1. If then
  2. If then
  3. If then
  4. If then

텐서 필드의 그라데이션

임의 상수 벡터 c 방향으로 텐서 필드 ) {\의 그라데이션인 boldsymbol는 다음과 정의된다

순서 n의 텐서 필드의 구배는 순서 n+1의 텐서 필드다.

데카르트 좌표, 평행 좌표.

참고: 반복 지수를 요약하는 아인슈타인 종합 관례가 아래에 사용된다.

If are the basis vectors in a Cartesian coordinate system, with coordinates of points denoted by (), then the gradient of the tensor field 은(는) 다음을 통해 제공됨

기본 벡터는 데카르트 좌표계에서 다양하지 않기 때문에 스칼라 필드 벡터 필드 v, 2차 텐서 필드 의 구배에 대해 다음과 같은 관계가 있다

곡선 좌표

참고: 반복 지수를 요약하는 아인슈타인 종합 관례가 아래에 사용된다.

If are the contravariant basis vectors in a curvilinear coordinate system, with coordinates of points denoted by (), then the gradient of the tensor field 이(가) 제공됨(증거는 참조)

이 정의에서 스칼라 필드 벡터 필드 v 2차 텐서 S 의 그라데이션에 대해 다음과 같은 관계가 있다

여기서 Christoffel 기호 을(를) 사용하여 정의한다.

원통 극좌표

원통형 좌표에서 구배는 다음과 같이 주어진다.

텐서장 발산

텐서 필드 ) )의 차이는 재귀적 관계를 사용하여 정의된다.

여기서 c는 임의 상수 벡터, v는 벡터 필드다. 이(가) 순서 n > 1의 텐서 필드인 경우, 필드의 차이는 순서 n-1의 텐서인 것이다.

데카르트 좌표, 평행 좌표.

참고: 반복 지수를 요약하는 아인슈타인 종합 관례가 아래에 사용된다.

데카르트 좌표계에서는 벡터 필드 v와 2차 텐서 필드 에 대해 다음과 같은 관계가 있다

여기서 부분파생상품에 대한 텐서 인덱스 표기법을 가장 오른쪽 식에 사용한다.참고:

대칭 2차 시제의 경우, 그 차이도 종종 다음과[4] 같이 기록된다.

위의 표현식은 데카르트 구성 요소 양식(흔히 { 정의로 도 한다.이러한 정의는 이 글의 나머지 부분과 일치하지 않는다는 점에 유의하십시오(곡선 좌표에 대한 섹션 참조).

차이점은 {\{\행이나 열에 대해 분화가 수행되는지 여부에 기인하며, 관습적이다.이것은 예에 의해 증명된다.데카르트 좌표계에서 두 번째 순서 텐서(매트릭스) 는) 벡터 함수 의 그라데이션이다

마지막 방정식은 대체 정의/해석과[4] 동일하다.

곡선 좌표

참고: 반복 지수를 요약하는 아인슈타인 종합 관례가 아래에 사용된다.

곡선 좌표에서 벡터 필드 v와 2차 텐서 S 다이버전트는

좀 더 일반적으로는


원통 극좌표

원통형 극좌표

텐서 필드의 컬

order-n > 1 텐서 필드 ) 도 재귀 관계를 사용하여 정의된다.

여기서 c는 임의 상수 벡터, v는 벡터 필드다.

1차 텐서(벡터) 필드의 컬

벡터 필드 v와 임의 상수 벡터 c를 고려하십시오.색인 표기법에서 교차 제품은 다음과 같이 주어진다.

여기서 순열 기호로서, 다른 말로 Levi-Civita 기호라고 한다.그러면.

그러므로

2차 텐서 필드의 컬

2차 텐서 의 경우

따라서, 1차 텐서 필드의 컬의 정의를 사용하여,

그러므로, 우리는

텐서 필드의 컬링과 관련된 ID

텐서 필드의 컬과 관련하여 가장 일반적으로 사용되는 ID인 {는)

이 신분은 모든 주문의 텐서 분야를 포괄한다.2차 시제의 중요한 경우, 이 ID는 다음을 암시한다.

2차 텐서 결정요인의 파생상품

2차 주문 텐서 의 결정 인자의 파생 모델은 다음과 같다.

정형외과적 기준으로 의 성분을 행렬 A로 쓸 수 있다.이 경우 오른손은 행렬의 공분자에 해당한다.

2차 텐서 불변제 파생상품

2차 시제의 주요 불변제는 다음과 같다.

에 대한 이 세 가지 불변제의 파생상품은

2차 아이덴티티 텐서 파생상품

두 번째 순서로 한다.그런 다음 2차 주문 A 에 대한 이 텐서의 파생 모델은 다음과 같다.

은(는) 과(와) 독립되어 있기 때문이다

자체와 관련된 2차 텐서의 파생 모델

을(를) 2차 주문 시점으로 한다.그러면.

그러므로

여기서 (는) 네 번째 순서 ID 텐서다.직교 기준과 관련된 색인 표기법

이 결과는 다음과 같은 것을 암시한다.

어디에

따라서 텐서 이(가) 대칭이면 파생상품도 대칭이 되고 우리는 이를 얻는다.

여기서 대칭 4차 순서 ID 텐서는

2차 텐서 역순의 파생상품

(와) 을(를) 2초간 주문 시제로 두십시오.

직교 기준과 관련된 색인 표기법

우리는 또한 가지고 있다.

색인 표기법

텐서 (가) 대칭이면

부품별 통합

도메인 경계 및 외부 단위 {

연속체 역학에서 텐서 유도체와 관련된 또 다른 중요한 작업은 부품별 통합이다.부품별 통합 공식은 다음과 같이 쓸 수 있다.

여기서 (와) 은(는) 임의 순서의 서로 다른 텐서 필드이며, {\\{ 텐서 필드가 정의된 도메인의 바깥쪽 정규 단위임uct 연산자, 그리고(는) 일반화된 그라데이션 연산자다. 이(가) ID 텐서(identity tensor)와 같을 때, 우리는 발산 정리를 얻는다.

우리는 카트리지수 표기법에서 부분별 통합 공식을 다음과 같이 표현할 수 있다.

텐서 제품 연산이 하나의 인덱스의 수축이고 그라데이션 연산이 다이버전스인 한 경우 F {\{\F}}와G {\{\ {(가) 모두 2차 텐서인 경우, 당사는 다음과 같다.

색인 표기법

참고 항목

참조

  1. ^ J. C. 시모와 T. J. R.1998년 휴즈, 컴퓨터 비탄력성, 스프링거
  2. ^ J. E. 마스덴과 T. J. R.휴즈, 2000년 탄력의 수학 재단 도버
  3. ^ Ogden, R. W., 2000, 비선형 탄성 변형, 도버.
  4. ^ a b Hjelmstad, Keith (2004). Fundamentals of Structural Mechanics. Springer Science & Business Media. p. 45. ISBN 9780387233307.