Μηχανική Συνεχούς Μέσου

Continuum Mechanics, Μηχανική Συνεχών Μέσων


Φυσικοί Γης Νόμοι Φυσικής Νόμοι Φυσικής Θεωρίες Φυσικής Πειράματα Φυσικής Παράδοξα Φυσικής

- Είναι ένας Επιστημονικός Κλάδος της Φυσικής.

- Η Μηχανική του συνεχούς μέσου άλλωστε περιλαμβάνει τη Ελαστομηχανική (Μηχανική παραμορφωσίμων σωμάτων) και τη Ρευστομηχανική (Μηχανική των Ρευστών).


Η ονομασία "Μηχανική συνεχούς μέσου" σχετίζεται ετυμολογικά με την λέξη "Συνεχές Μέσο".


For a more general derivation using tensors, we consider a moving body (see Figure), assumed as a continuum, occupying a volume V, at a time t, having a surface area S, with defined traction or surface forces per unit area represented by the stress vector \scriptstyle T_i^{(n)}\, acting on every point of every body surface (external and internal), body forces Fi per unit of volume on every point within the volume V, and a velocity field vi, prescribed throughout the body. Following the previous equation, the linear momentum of the system is:

\int_S T_i^{(n)}dS + \int_V F_i dV = \frac{d}{dt}\int_V \rho\, v_i\, dV\,.

By definition the stress vector is defined as \scriptstyle T_i^{(n)} \equiv \sigma_{ij}n_j\,, then

\int_S \sigma_{ij}n_j\, dS + \int_V F_i\, dV = \frac{d}{dt}\int_V \rho\, v_i\, dV\,.

Using the Gauss's divergence theorem to convert a surface integral to a volume integral gives (we denote \scriptstyle \partial_j \equiv \frac{\partial}{\partial x_j}\, as the differential operator):

\int_V  \partial_j\sigma_{ij}\, dV + \int_V F_i\, dV = \frac{d}{dt}\int_V \rho\,v_i\, dV\,.

Now we only need to take care of the right side of the equation. We have to be careful, since we cannot just take the differential operator under the integral. This is because while the motion of the continuum body is taking place (the body is not necessarily solid), the volume we are integrating on can change with time too. So the above integral will be:

\frac{d}{dt}\int \rho\,v_i\, dV=\int \frac{\partial (\rho v_i)}{\partial t}\, dV +\oint \rho v_i v_k n_k dA\,.

Performing the differentiation in the first part, and applying the divergence theorem on the second part we obtain:

\frac{d}{dt}\int \rho\,v_i\, dV =\int \left[ \left(\rho\frac{\partial v_i}{\partial t}+v_i\frac{\partial \rho}{\partial t}\right)+\partial_k (\rho v_i v_k)\right]\, dV\,.

Now the second term inside the integral is: \partial_k (\rho v_i v_k)=\rho v_k \cdot \partial_k v_i +v_i\partial_k(\rho v_k)\,. Plugging this into the previous equation, and rearranging the terms, we get:

\frac{d}{dt}\int \rho\,v_i\, dV=\int\rho\left[\frac{\partial}{\partial t}+v_k\partial_k\right]v_i\,dV +\int\left[\frac{\partial\rho}{\partial t}+\partial_k(\rho v_k)\right]v_i\,dV\,.

We can easily recognize the two integral terms in the above equation. The first integral contains the convective derivative of the velocity vector, and the second integral contains the change and flow of mass in time. Now lets assume that there are no sinks and sources in the system, that is mass is conserved, so this term is zero. Hence we obtain:

\frac{d}{dt}\int \rho\,v_i\, dV=\int \rho\,\frac{Dv_i}{Dt}\, dV\,

putting this back into the original equation:

\int_V \left[ \partial_j\sigma_{ij} + F_i - \rho \frac{D v_i}{Dt}\right]\, dV = 0\,.

For an arbitrary volume the integrand itself must be zero, and we have the Cauchy's equation of motion

 \partial_j\sigma_{ij} + F_i =  \rho \frac{D v_i}{Dt}\,.

As we see the only extra assumption we made is that the system doesn't contain any mass sources or sinks, which means that mass is conserved. So this equation is valid for the motion of any continuum, even for that of fluids. If we are examining elastic continua only then the second term of the convective derivative operator can be neglected, and we are left with the usual time derivative, of the velocity field.

If a system is in equilibrium, the change in momentum with respect to time is equal to 0, as there is no acceleration

\sum{\mathbf{F}} = {\mathrm{d}\mathbf{p} \over \mathrm{d}t}=\ m\mathbf{a}_{cm}= 0\,

or using tensors,

\partial_j\sigma_{ij} + F_i = 0\,.

These are the equilibrium equations which are used in solid mechanics for solving problems of linear elasticity. In engineering notation, the equilibrium equations are expressed in Cartesian coordinates as

\frac{\partial \sigma_x}{\partial x} + \frac{\partial \tau_{yx}}{\partial y} + \frac{\partial \tau_{zx}}{\partial z} + F_x = 0\,
\frac{\partial \tau_{xy}}{\partial x} + \frac{\partial \sigma_y}{\partial y} + \frac{\partial \tau_{zy}}{\partial z} + F_y = 0\,
\frac{\partial \tau_{xz}}{\partial x} + \frac{\partial \tau_{yz}}{\partial y} + \frac{\partial \sigma_z}{\partial z} + F_z = 0\,.


Εσωτερική ΑρθρογραφίαEdit


  1. E. Becker und W. Bürger, Kontinuumsmechanik, Teubner, 1975
  2. R. L. Bisplinghoff, J. W. Mar and T. H. H. Pian, Statics of Deformable Solids, Dover, 1965.
  3. P. Chadwick, Continuum Mechanics, Dover, 1976.
  4. W.F. Chen and D. J. Han, Plasticity for Structural Engineers, Springer, 1988.
  5. D.C. Kay, Tensor Calculus, Schaum’s Outline Series,1988
  6. L.E. Malvern, Introduction to the Mechanics of Continuous Medium, Prentice-Hall, 1969.
  7. Sommerfeld, Mechanik der deformierbaren Medien, Bd. II, Verlag Herri Deutsch, 1992.
  8. A.J.M. Spencer, Continuum Mechanics, Dover, 1980


Ikl Κίνδυνοι ΧρήσηςIkl

Αν και θα βρείτε εξακριβωμένες πληροφορίες
σε αυτήν την εγκυκλοπαίδεια
ωστόσο, παρακαλούμε να λάβετε σοβαρά υπ' όψη ότι
η "Sciencepedia" δεν μπορεί να εγγυηθεί, από καμιά άποψη,
την εγκυρότητα των πληροφοριών που περιλαμβάνει.

"Οι πληροφορίες αυτές μπορεί πρόσφατα
να έχουν αλλοιωθεί, βανδαλισθεί ή μεταβληθεί από κάποιο άτομο,
η άποψη του οποίου δεν συνάδει με το "επίπεδο γνώσης"
του ιδιαίτερου γνωστικού τομέα που σας ενδιαφέρει."

Πρέπει να λάβετε υπ' όψη ότι
όλα τα άρθρα μπορεί να είναι ακριβή, γενικώς,
και για μακρά χρονική περίοδο,
αλλά να υποστούν κάποιο βανδαλισμό ή ακατάλληλη επεξεργασία,
ελάχιστο χρονικό διάστημα, πριν τα δείτε.

Οι διάφοροι "Εξωτερικοί Σύνδεσμοι (Links)"
(όχι μόνον, της Sciencepedia
αλλά και κάθε διαδικτυακού ιστότοπου (ή αλλιώς site)),
αν και άκρως απαραίτητοι,
είναι αδύνατον να ελεγχθούν
(λόγω της ρευστής φύσης του Web),
και επομένως είναι ενδεχόμενο να οδηγήσουν
σε παραπλανητικό, κακόβουλο ή άσεμνο περιεχόμενο.
Ο αναγνώστης πρέπει να είναι
εξαιρετικά προσεκτικός όταν τους χρησιμοποιεί.

- Μην κάνετε χρήση του περιεχομένου της παρούσας εγκυκλοπαίδειας
αν διαφωνείτε με όσα αναγράφονται σε αυτήν


>>Διαμαρτυρία προς την wikia<<

- Όχι, στις διαφημίσεις που περιέχουν απαράδεκτο περιεχόμενο (άσεμνες εικόνες, ροζ αγγελίες κλπ.)

Ad blocker interference detected!

Wikia is a free-to-use site that makes money from advertising. We have a modified experience for viewers using ad blockers

Wikia is not accessible if you’ve made further modifications. Remove the custom ad blocker rule(s) and the page will load as expected.

Also on FANDOM

Random Wiki