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有限変形場でのポテンシャル流体と弾性体容器の相互作用を支配する汎関数

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(1)

 

UDC :

624

074

43

624

953

:532 :624

04 日本 建 築 学 会 構 造系 論 文 報 告 簗 第 362 号

昭 和

61

4

形 場

ャ ル

流体

弾性 体 容

        

支配

す る

関数

正 会 員

 皆

丿

ll

_

  序

 

弾性 体

作 用 問

題 は

両 者

幾 何 学 的 形 状

対 象

にす る

流 速

振 動

数領域

依 存

して

考慮

しな

れ ば な ら ない

物 理 現 象

な る

液体

を 入 れ る

弾 性 体 容 器

振 動

テン シャル

流 体

仮 定

して

相 互

作 用 場

にお け る

振 動 問 題

と し て

わ れてきて いる。

弾 性

体 容 器

変 形 を微 小 と仮 定

して

動 を

す る

程 式

線 形 化

流 体

自 由

表面

界 条 件

波 高

速 度

さい と して

線 形 化

した

Bernoulli

式 を

用いた

式 化

とで

応 答

解 析 さ れ

てい る17)

181

24)

25)

 

し か し な が ら

実 験 的

研 究

報告

9 )

11 )

22 )によれ

の 入っ た

円筒

シェ ルへ

横 方 向 周 期 外 力

周 方 向展 開

n

1

さ せ る と

n

0

2

3

振 動

ドが

測 さ れ る。 こ の

現 象

線 形 理 論

で は

明で き ない

Clo

gh

ら9}はこの

原 因 を初 期 不 整

影 響

ろ う と

測 して いるZ3, 。

皆 川

27」

28〕

弾 性 体

幾 何 学 的 非 線 形

考慮

す れ ば

この よ う な

現 象

生 起

る こと

を示

して い る3)

6〕 。 ま た

ら 15)

大 森

29)

容 器

に 入 っ た

流 体

自由 表

非 線 形 境 界 条 件

効 果 を 検

し てい る

 

自 由 表 面

非 線 形 境 界 条件

考 慮

し て

周 期 外

の も とでの

応 答

検 討 す

問 題

生 ず

る。

流 体 を

配 す る

程式

Euler

方法

さ れ て い る の で

境 界 条 件

入 す る 必

が ある

線 形 化

し た

境界条 件

で は

前 後

流 体 場

変 化 を無 視 す

るこ と に な るの で

ルギ

形 前

ある い は

変 形 後

で行っ て も 差 違 は ない

しか し

波 高

有 限

とす る と, エ

ギ積

分 は

う 必

が あ る。 こ の た め,

非 線 形

のス ロ ッシン

グ応

答解析

は 逐

近 似 法

る こ と に な る8)

1°}

上 述

し た

29)の研 究 は

表 面

非 線 形 境 界 条 件

変 形 前

静 水

成 立

す る と

して

積 分

変 形 前

状 態

行 う近 似 を導

入 してい る

 

剛 な

容 器

に入っ たポテ ン シ ャ ル

流 体

挙 動

配 する

方 程 式

Bernoulli

方 程 式

変 形 後

流 体 場

積 分

し た

汎 関 数

変 分 を計 算

す ることで

自由表

境 界

本 報 告は文 献

34

)で発 表し た内容に加 筆した

鹿 島 大 学

 

助 教 授

 (昭 和 60 年 7 月

8

日 原稿受 理)

条 件

を 含 めて

全 に

記 述

さ れる こと

Luke2

し てい る

大 橋

13〕は こ の

汎 関 数 を 変 形 前

Taylor

展 開

して

形 前

で の

非 線 形 関 数

と し て

現 す る

手 法

いて

回 転

シェ ル の ス ロ ッシング

振 動

解析

し てい る。

Euler

表 示

さ れ た

有 限 波 高 上

表 現 さ

れ た

自由 表 面 上

条件

静 水 時

置で

Taylor

す る

方 法

メオ

ー733

さ れて い る

  本論

で は,

形 場

で の ポ テンシャ ル

流 体 と弾 性 体

容 器 と

相 互 作 用 を支

配 す る

汎 関 数

提 案

する

流 体

Euler

表 示

され てい る の で

も Euler

表 示

し た

を用

こ の

汎 関数

厳密

基 礎 微 分 方 程 式

お よ び

境 界 条 件 を 与

え る

ら れ る

程式

Ettler

表 示

さ れ て い る の で

遂 次

似 法

を 適 用 して過

渡 応 答

解 析

す るの に

便 利

し か し な が ら,

性 体

Lagrange

して

定 式 化 す

るの

が通 例

ま た

テ ン シャ ル

流 体

との

相 互 作 用

振 動

形 振

動 問

題 へ

誘 導

大 域 的

挙 動 を把 握

す る た め に は,

変 形 前

状 態

で エ

ギ積 分

さ れてい な け れ

な ら ない。 ゆ えに

こ の 汎

関 数

変 形 前

状 態

Taylor

展 開 して近

似 的

す る

方 法

示 す

 

§

L

有 限 変 形 場

で の

テ ン シャ ル

流 体 と 弾性 体

   

相 互 作 用 を支 配 す

関数

 

圧 力の

積 分

非 粘 性

縮性 流

運 動 を支 配

す る

Lagrange

関 数 と

な ること は

19

世 紀

ら れ てい た よ うで あ る1) e1967

Luke2

) はこ の 汎

関 数

算 定 す

ると,

自 然

条件

と して

流 体

自由表 面

非 線 形 境 界 条 件 が得

ら れ るこ と を

剛 な容 器

に 入っ た ポ テンシャ ル

流 体

のすべ て の

運 動

こ の

汎 関数

づ い て

解 析

で きる ことが

ら かに さ れ た。

 

幾 何

非 線 形 性 を 考 慮

し た

弾 性 体

支 配 す

Lagrange

関 数

性 体

テン シャルエ

ル ギ か ら

運 動

エ ネルギ を 減 じた

関数

で あ り, ポ テン シャ ル

流 体

の運

支 配

する

Lagrange

関 数

す る

ゆ えに

両 者

Lagrange

数の

を と り

流 体 と弾 性

形による

流 体 場

幾 何

的 変

化 を

考 慮

し た

汎 関 数

を 有

形 場で の

作 用 問 題

の汎

関 数

と して

提 案

す る

重 力

逆 方

z

座 標 を定

め た

標 系

おい て

流 体

速 度 ポ

テンシャルを φ

自 由表 面

波 高

105

(2)

を η

弾 性 体

変 位

ベ ク トル を u と

簡 単

の ため

   

弾 性 体

にお け る

外 力仕 事 項

く と, この

汎 関数

       

され るSU)

 

  

φ

u

_ ・

grad

φ

grad

φ・

φ

・ ・

2

z・

・・

− A

u

dV

dt …・

…・

(1 )

 

こ こに

,VL

:流

 

V

、 :

弾 性 体 領 域

ρL :流

体 質

密 度

ρE :

弾 性 体 質 量 密 度

t

, 

g

, 

z

。 :

静水 時

自由表面

A

u

弾性

の ひ

みエ

ギ密 度

 

波 高

z

方 向

単位

ク ト

iz

して いること を

考 慮

し て

1

) 式

変 分

al

を計 算

す る

分 を とる

未知

φ

η

u

であ る

 

  

・・

gra

φ

grad

φ

6

・ ・

・・

1

_ ・・

 

  

 

 

rad

φ

9

ad

φ

φ

・ ・

・・

・…

Dl

dS ’

_ ・

grad

φ

grad

δ

φ

・ ・

φ)

dV

 

  

 

 

1

ρ

dn

A

∂uldV

dt

…・

…一 ・

…・

……・

………・

……・

………・

…………一 ………

2

 

こ こ に

,S

ノ:

流 体 自 由 表 面

 

SE

相 互 作 用 面

 nL :

変 形 後

流 体 場

外 向

法 線

ベ ク トル, 

dS

変形 後

表 面

で の

面 積 分 要 素

 (

2

)式

3

して

次式

る。

 

 

∬[

.,,.,,・…

grad

・・

dS

’ ・

・・

・・

φ

・・ ’ ・

・・

)(

a・

D6ipds

 

  

 

  

_ ・・

d

・・

grad

φ)

・・

………・

…………・

…・

……・

一 一 ………・

………・

……

 

こ こに,

Sb

流体場

定境界 面

 

3

式 を

2

入 し

理 す る と

次式

ら れ る 。

  

・・

・・

grad

φ

grad

φ

li

・・

z

2

・・

7(

・・

D12

a

+ ・

dS ’

grad

φ

il

・・

・ ・δ

illx

・…

dS ’

  

 

 

grad

φ

n

edS

grad

φ

n

・・

di1

dS

grad

φ

grad

φ

φ

  

 

 

・ ・

・・…

1

dS ’

fft

PL

・・ad

φ)

・ +・

u

dV

dt−

………

自由 表 面

静 水 時

微 小

dxdy

現 すると き,

形 後の面 積

dS ’

は 次の よ うに

さ れ る

  

dS

=研

dxdy

… 

… 

… 

 

一・

… 

一・

… 

… 

5

ま た

波 高

た時

自 由表 面

S1

外 向 き法

tw

 

nL

次 式

  

髭乙

1

十 η

十 η

v2

η=

i苫一

η”ごy十‘z

 一…

 一・

 一・

一・

一・

 一・

一・

一・

一・

 P鹽

9・

 噛

6 

こ こ に

i

 

iy

は x 

y

方 向

単 位

ベ ク トル で

5

6

)式 を (

4

代 入

し て

自由 表 面

お よ

び相 互 作 用 面

部 を書

き か え て

次 式

  

・・

∬[

fl

. ・・

d

φ

grad

φ

6

9

ー ・

d

dy

  

 

 

φ

il

Vpe

¢

n

y

b

il1

grad

φ

n

・・

φ

dSt

grad

φ

一e

n・・

ip1

  

 

 

grad

φ

d

φ

φ

・・

z

z

1

dS

。 , ・ …

ra

・・

¢

edV

  

 

 

顔+ ∂

A

ω

dy

dt …・

…一 ……一 …・

一 ……一 一 ・

…一 ………・

…・

…・

…・

 

性 体

境 界 条 件

お よ び

基 礎 微 分 方 程 式

(7 )

項 を算 定 す

れ ば

ら れ るこ と が

っ て い る の で31}

7

) 式

か ら

お よ

び相 互 作 用 面

で の

境 界 条

を取

す。 ・・

P

 

grad

 

¢

grad

φ

φ

 

  

 

9

鮓 銑

_ 鋤

……・

8

ρ、

φ

辺ガ

η

r

)δ

φ

1

m

η

o

     

 

 

9・

  (

8

2

      祠

grad

φ

grad

φ・

φ

       

・ ・

……・

…・

8

6)

 

自 由

流 体

定 境 界 面

流 体 内部

での

条 件 式

周 知の 厳 密 な 方 程 式2 )を 与 え る

8

5

式は

弾 性 体

                      

 

(7 )

Sb

:ρL 

grad

φ

nL

δ

φ

=O

 

………・

…・

8

3

VL

:ρL  

div

grad

φ

δ

ip

 iO

…一 ・

…・

8

4)

Ss

:ρL

grad

φ

a

nL

δ

il

 

1

=O − …・

8

5

     

1

     

2

一 106 一

(3)

用 面

で の

速 度

お よ び 流 速の

法線 方 向 成 分

致 し

す き

がで き ない こと を

8

6

)式

圧 力

相 互 作 用 面

変形後

法線

方 向

力 と

し て

作 用

す ること

を意 味

す る

か ら

8

5

6

)式

に 判 断 し て

作 用 面

で の

厳密

境 界 条 件 式 を表 現

し て いる。

 

流 体

変 形 後

座 標

量 を

量 する

Euler

方 法

に基づ い て

表 示

さ れ て い る の で,

弾 性 体 も

Euler

づい て

定 式 化

すれば

す な わ ち

7

)式 を 増 分

表 示

して

弾 性 体

Updated

 

Lagrangian

 

Approach3i

) を 適 用 し

次 近 似 法

い て

解析

す れ ば

有 限 変 形 場

で の

弾性

と ポ テン シャ ル

流 体

問題

解 け

 

§

2.

弾 性

Lagrange

方 法

さ れ てい る

    

変 分

 

弾 性 体

Lagrange

方 法

づ い て

表 示

さ れ る場 合 が

い の で

1

誘 導

さ れ た

有 限 変 形 場

で の

テン シャ ル

流 体 と

弾性 体

支 配 す

変 分

性 体 部 分

条 件 式 を

Lagrange

方 法

近 似 的

表 示

す る

方 法

をこ の

液 体の

器 とし て

薄 肉

の シェ ル

構 造

利 用

さ れ る

機 会

いので

円錐 台

シェ ル

を例 題

と して

採 用 す

る。 この シェ ルの

定 式

円筒

シェ ル

を含

方 向

を持

つ ほ か の回 転 シェ ル の

いを

示 唆

す る。

 

2−1

 

円錐

シェ ル

 

シェ ルの

Kirchhoff

Love

成 立

する

にあ る もの と

仮 定

との

作 用 面

で の

接 線

ベ ク トル

ベ ク

ル は

対 応

す る

中 央

面での

接 線

ベ ク ト ル

ベ ク トルと

致 す

み な す。 ま た

流 体

の領 域 を 定

する

シェ ル の

さ を

考 慮 す

の の

用 面

伝 達

さ れる

は シェ ル の

央 面

作 用

す る

え る。

 

変 形 前

の シェ ル の母

線 方 向

さ に

沿

っ た

接線

ベ ク ト ル

周 方 向

に沿っ た

接 線

ベ ク

そ れ ぞ れ

ti

 

t2

る。 こ の

2

つ の

ベ ク トル の

外 積

t

×

t

方 向 を

シェ ル の

法 線 方 向

と し

単 位

ベ ク

n

手 系

の デカ ル ト

置,

y

, 

z

方 向

単 位

ベ ク トル

ix,

 

iy,

ら とし

  r, 

z

方 向

が デ カル ト

座 標

x

2

する

1

ti

t

,が 逆に

表 示

されて い る

に 示 す よ う な

円 筒 座 標

r θ

z

入 し

円 錐 台

シェ ル の

期 形 状

r° を

の よ うに

現 す る

   

r

°

r

。+

SSin

ψ

COS

鵝 +(

r

。+

sSin

P

Sin

 

ei

       

SCOS

 

Ptz………・

……・

……・

………

9

 

こ の シェ ル の

Af,

 

A

め る

    

Al=

rrs

rrs

i 〆z

1

…・

………・

…・

………

10

1

   Al

ree

rPe

f

r

。+ ssin  

ep

…・

一 …・

10

2

 

9 )

(10

) 式

いる と

接 線

ベ ク トル

tl

, 

t

,お よ び

法 線

ベ ク

n

次 式

の よ うに

め ら れ

    の

Fig

1

 

Geometry

 of a 

Conical

 

Shell

 with  

Liquid

    t

・=

re

./

A

sin

 

9

 

cos

 

ei

。+

sin

ψ

sin

θ’,

      

cos

¢

ix’

四’

”………・

 

11

1

    t

r

= =

sin

ei

cos

 

ei

…・

…・

ll

2

   

n

= 

cos

θ

cos

 

9

垣エ

 

sin

θ

cos

¢層劃

      

shl

………・

一・

…・

………・

一 ・

11−3

 

ti

 

t

 

n

方 向

は そ れ ぞ れ s θ

 

n

い て

各 方 向

変 位 成

分 を そ れぞ れ u

v

, 

w

す る と

変 位

ベ ク

ル u は

次式

表 さ

れ る

   

u

uti 十

vt2

wn

…………・

…・

…………

12

 

位 置

ベ ク トル

R °

次 式

さ れ る

   R

°

r° 十 u

r° +

uti

vt2

+ωn

…一・

…・

13

 

形 後

の シェ ル の

ベ ク トル n

,Novozhilov30

〕 に

え ば

次 式

の よ うに

現 さ れ る。

   

n

1

1

2

 e

i

1

2

 

e

z

广

L/21

∂.

ti− e23ti

     

1

all

an

nl

一・

 

14 )

 

ここ に

・aH =

u

s+ vsin  

ep

r

 

an ;

U

vsin  

ep

fr

 elz

v

s, 

a

v

e+ usin ψ

wcos

o

r 

e1

w

。 ,

 

e

・・

w

e

v

 

cos

 

q

fr

 

e

=e

、i+

al

,+

ef

、+

al

y2

 

e

z

ξ}22十

e

,十∂

,十 ∂

2

 

変 形 後

互 作 用

で の

外 向

法 線

ベ ク

nL

=−

n

で あ ること を

考 慮

し て

7

)式

作 用 面

S

‘上で の

積 分 を 変 形 前

面 積

す る

積 分

とし て

する

 

 

n

dS

一一

nt

RPs

/2

 

dS

       

nfl

1

2e

1

1

2

 

e3

/2dS

       

÷

a

、3t,+

a2st2

1

a

、1+

a

,2)

n

dS

      

 

1

の 式 )

…・

………

15

本 論

で は

作 用 面

S

‘上で は

u

 

v

, 

w

r

を仮

して

15

)式 を次 式

の よ う に 近

し た

表 現

利 用

する

107

(4)

  

 

n、

dS ’

w

t

、+

÷

1

+ u

s+

÷

       

rdeds

……・

……・

…………・

…・

16

 

変 形 後

位 置

さ れ る

え ば

grad

φ

φ

を そ れ ぞ れ

grad

φ

」,φ

1

こ れ ら

grad

φ

L

 剃

u は

要 素

境 界 要 素 法

利 用

し て

φを 離 散 化

 

して

表 現

す れ

比 較 的 容 易

評 価

で き る

解析 的

i

い を

入 する

3

Taylor

利 用

i

して

す る

方 法 が 便 利

で あ ろ う。

16

式 を (

7

)式

i

入 し て

理 すれ ば

P

1

rad

φ

grad

φ

φ

・・

1

− ・・… ・

・.

n

r

÷

φ

1

− ・・… +

grad

φ¶

 

 

grad

φ

φ

L

・・

÷

w

t

1

u

s・

÷

dcas

 

 

grad

φ

grad

φ・

φ

Ze

1

w

au

徴・δv

1

u

s+

1

 

e

・・

・・…

 

 

一 ・

grad

φ

・φ…

・・

P

ti

・・

・・

t

………一 …

…………・

…………・

7 )

 

ここ に

,S

変 形 前

相 互 作 用 面

す。

 

17 )

変 分

で は

流 体

ポ テンシャ ル

φ

変 形

評価

され る

表 示 式

と なっ て い る が

弾 性

体 (

シェ ル

)内 部

VE,

作 用 面 上

での

分 は

領 域

S

を して いる

この

式 を増

遂 次 近 似 法

い て時 刻 応 答 を 解

すれ ば

性 体 を

Lagrange

表 示

し た

運続 体 と

し て の シェ ル

理 論

入 して

限 変 形 場

お け

ポ テ

ンシ ャ ル

流 体

弾 性 体

用 問

題 を 解 析

する こと が で

き る

 

§

3L

 

Lagrange

表 示

れ た

テ ン

ャ ル

   

体 と弾 性 体

作 用 問

題 の

汎 関 数

 

流 体 場

積 分 を変 形

形状

づい て

う定 式 化

過 渡 応 答 を計 算

す るの には

してい る

の の

応 答

域 的 挙 動

非 線 形

振 動 理 論 と

びつ けて

理 解

す る の には

不 便

であ る。 この

で は,

テンシャ ル

流 体 と弾 性 体

と の

連 成 問題

支配

す る

第 1

した

汎 関 数

変 形 前

座 標

づ い て表 現 する

方 法 を 示

変 形 前

さ れ た

汎 関 数

づ け ば, こ の

連 成 系

支 配

す る

常 微

方 程 式 を誘 導 す

ること ができ

振 動 問 題

とし て

位 置 付

け ること が

可 能

と なる

 3−1Lagrange

表 示

した

テン シ ャル

流 体

と 回

     

シェ ル の

相 互 作 用 問題

支 配

す る 汎

関 数

 

前 節

と して

っ た

円錐 台

シェ ル をこ の

も例

と し て

採 用 す

る。

 

変 形 後

流 体 場

4

つ の

領 域

分 割

する。

変 形 前

体 場

V2

静 水 時

自 由表 面

波 高

と に よっ て 形

さ れ る

流 体

場 を

Vf

変 形 前

互 作 用 面 と

弾 性 変 形

に よっ て

形 成

さ れ る

流 体 場

y

波 高

弾 性 変 形

i

1

1

。 0 ’

γ

Fig

2

 

Divisions

 ef a 

Fluid

 

Region

に よっ て

形 成

され る

流 体 場

V

と す る

V

との

境 界

作 用 面

水時

自由

表 面

との

交 点

軌 跡

と す る。

む 回

シェ ル

θ

O

で切

し た

断 面

図で示 せ ば, これ ら

4

つの

流 体 場

2

よ う

さ れ る。

 

変 形 前

相 互 作 用 面

体 自

由 表 面 と

交 点

P

ノの

r

め る。

9

式におい て 8

0

の と き の

位 置

ベ ク

ル r° が

x

y 平面

と す

れ ば

シェ ルの

流 体

自由表面

交 点

r

座 標

は r。+ z。

tan

 

ep

と な る

シェ ル の

さ を

h

と すれ ば

P

∫の r

座 標

 

s

それ ぞ れ rf, 

Sf

次 式

され る。

    

rt

r。+ z。 

tan

 

g

− h

2

 

cos

ψ, 

sf

z。

cos  

g

       

………・

…・

…一 ……・

18

  (

a

場 槻

vt

で の

Lag

τange

 

流 体 場

V2

お よ び

Vf

での

Lagrange

関 数

L1

の よ うに

表 現 さ

れ る

・1

∬甑

W

・・

ad

φ

grad

φ

z・

1

翩 ・・

1

・・

Y

 

grad

φ

grad

φ・

e

・・

・瀲

(5)

 

 

 

 

 

ワ ・

grad

φ

grad

φ

φ

・・

・・

rd ・

d

d

dt …・

………一 ・

…………・

(19)

 

1

の う ち

関 係

し な い

項 を

省 略

し,

2

項 を

z

z

。で

z

し て

Taylor

展 開 し

φ

η に

す る

4 次

非線形項

まで

を採 用 す

19

次式

の よ

表 さ

れ る

  

 

・・一

Xthf

, !

7

, ”

pL

grad

φ

grad

rd

d

・・z +

π

〃 ・、

1

grad

φ…

ad

φ

φ

  

  

 

S

η2

grad

φ

grad

φ

x +

φ

+ ・

tl

. .

d

d

θ

dt ・

…・

………・

一 ……・

………一 ・

・・

 

b

) 流 体 場

vr

での

Lagrange

関 数

 

こ の

領 域

で の

Lagrange

関数

L

精 密

表 現

す るこ と は

し く

近 似 的

い を

入 す る

必 要

  (の   近 似 法

1

 

形 前

の シェ ル の

座 標 (

S

θ

n

い て

弾 性 変 形

表 現

する と,

次 式

の よ うに

さ れ る

  

 

・・一

・・

grad

φ

grad

φ・

e

・・

1

d

ded

dt ……一 ・

…・

…・

一 ・

…・

…・

一 ………

21

 

 

 

 

 

grad

φ

grad

φ

e

・ ・

・。

idn

dt

………・

………一 ・

2>

 

こ こに

r

r

。+

8sin

ψ,

号 (

流 体

外 向

n

方 向

ること を

す る

 

22

式 を

Tayior

展 開

して

変 位

w

φ

す る

4

非 線 形 を採 用

す る と

次 式

 

 

 

L

・・

τ

π

grad

φ

grad

φ

φ

8c

s

・・

1

・ ・

grad

φ

grad

φ

L

  

  

 

li

n+・・

dcas

d

一 ……・

…………・

…・

一 …・

……一

……・

…・

……・

……一

3

 

23

計 算 す

圧 力

の シェ ル の

法 線 方 向

す る

ら れ るen) 。

変 形 前 後

回 転

小 さ

け れ

23

)式

十 分

で あ ろ う

  (

i

の  近 似 法

2

 

流 体 場

V

:での

体 積

積 分

近 似 的

表 現

す る に

近 似 法

1

体 積 積

分の

の ま ま

近 似 を導

入 し た。

21

)式

被積 分 項

2

,3

項 を 部

す る と

分は

する

面積

さ れ る。

変 形

面積

16 )

入し て

変形 前

変 換

できる か ら,

の よ う な

近 似 式 が 誘 導

で き る。

 

 

 

ρ・

φ

9

z

2・

1

d

dcax

dt −

∬[

φ

9

・。

i

nL

1

dS

dt

 

 

 

 

1

φ

1

d

・…

Sg

・。

・.

nL

dS

dt −

f

。 tL

φ

1

  

  

 

 

1

+・・+

lt

 

・・

59

c

S

・・

・。+・ ・血

c

S

  

  

 

w

c

s

1

+ u

s+

・・

d

d

…・

…・

…………・

一 …・

…・

…・

………一 一 …

24 )

 

24

)式

φ

1

形 前

位 置

Taylor

展 開

して

の よ うに

評価

す る。

   

φ

L

÷

φ

φ

u

¢

s+

÷

 

¢

…一 …・

一 ・

……・

…一 ・

…・

…・

…・

一 ・

…・

……….

_ ….

 

25

)式 を (

24 )

1

内変位

u

v

を 含

u

, 

v

して

1

かつ

全 体

3

次 ま

で の

非 線 形 項

, ω,

φ

して は

4

次 ま

での

項 を採 用

す る。 また

21

)式

第 1

23

式 で示 し た

近 似 法

1

評 価 方 法

利 用

し て

次 式 を得

 

 

 

・・÷

・・

Sgrad

9

ad

φ・

φ

z

z

1

d

dC

・・

dt −

w

e − ‘

 

b

  

  

 

1

u

÷

d

・・

di

・…

S

te−

grad

φ

grad

φ

t

 

・・

Sgrad

 

di

qd

 

il

n

     

φ

÷殉

・・

9

SC

s

・。+…

np

uc

  

  

 

 

c

s

1

u

e+

÷

 

i

dt ・

1

…・

…………・

……・

一 ・

………・

…・

一 ……

26

 

す よ うに

26 )式

か ら

られる

変 分

流 体 ポ

テン シャル

φ

お よ び

g

か ら 導 か れる圧

変 形 後

作 用

るこ と を

似的

す る。

09

(6)

 

c

流 体 場

Vf

’ で の

Lag

「ange

      

 

この

領 域

Lagrange

関 数 を定

める ために は,

形 後

      

適 宜 近 似

す る 必 要が ある

こ こ では

性 変 形

っ て

拡 大 す

由表

面 積 増 分

絶 対

静 水 時

き さ と

して

さい と

え. 

Uk

の よ

   

θ

0

の断 面 図に お い て

静 水 面

と シェ ル

交 鮎

と し, 。 の

座 標

   

R

,Kirchhoff

Love

仮 定

の も と で

Pf

が 移 動

し た

形 後

P ’

・P

で の

R

水 平 線

と の

 

Flg

点 を

Q

と す る と き,

領 域

P

P ’

QR

を θ

0

で の 流

i

vt

” の

断 面

え る

3

参 照

P

P

QR

 

i

面積

stU

める

 

 

 

ab

. ・

西

・。

X

・。

S

・ ・

1

r

・。 。

S

辮諾

。 ,

          

w

uzv

u

wtan

 

q

      

 

2

1

tan

ψ

… ”… … … … マ

… … … … ’

… 7’

… … ’

 

tan

甲《

1

と し

項 を省 略

し て

次 式 を得

る。

 

 

 

A

・…

・・

+ η

i

・ ・

…………・

…・

……・

…・

………・

…・

…・

 

こ の

領 域

での 圧

で ある と

仮 定

し て

Definitien

 of   a  

Subregion

 

Vr

27

                           

…………・

……・

28

こ の

流 体 場

Lagrange

関 数

Ls

の よ うに

表 現

す る

  

 

・・一

rad

φ

grad

φ

φ

9

・・

1

d

d

dz

dt

  

 

 

2π ・

grad

φ

grad

φ

e

1

’ ”

・…

t

…・

…・

………・

……・

……・

……・

9

弾 性 体

の 運

ル ギ, ひ

みエ

外 力 仕 事

表 現

ら れ て い るものと

判 断

して

省 略

す る。

 

20

26

29

式 を用

いる

1

) 式

汎 関 数

よ う

近 似 的

Lagrange

表示

でき る。

  

 

M

,・

n

,・

∬[

grad

φ

grad

φ

d

dz

grad

φ

grad

φ・

φ

  

 

  

  

 

grad

φ

grad

φ

L

6

+ ・

・・…

  

 

  

  

 

φ

獸・

b

1

+ u

s+

÷

 

v

e

th

+ wil

de

S

 

wz

¢

de

  

 

  

  

 

grad

φ

grad

φ

i

 

wt

grad

φ

grad

φ

n +

uil

s・

li

 

tl

e

・・

  

 

  

  

 

S

c

s

2e

…   ・+… s

6

・ ・

         

1

1

u

s+

7

 

v

e

1

d

d

 

 

 

 

 

 

 

 

τ ・

grad

φ

grad

φ

φ

9

1

_

4

殊 ・+ η

畿毛

ω

  

 

  

  

 

S

・・

ta

・ ・

・・

ti−

dV

dt …………・

一 ・

…・

…・

……・

………一

・・

 

こ こ に

変 形 前

流 体 場 を 槻

変 形 前

自 由 表 面

流 体

定境

, お よ び

相 互 作 用 面 を

そ れ ぞ れ

お よ び

Sl

表 現

し た。

 3

2 Lagrange 表

さ れ た 汎

関 数

か ら

誘 導

され る

変 分

 Lagrange

された

30

}式

汎 関 数

変 分

誘 導

ら れ た 式 を 第

2

節で

誘 導

された

分と の

対 応 を検 討

す る

 

30

)式

変 分 を計 算

流 体

ポ テンシャル

φ

S

分は

厳 密

算 定

相 互 作 用 面

Sl

上の

部 分 積

分は u v

ω《

r

仮 定

 

r

定 数

の 扱いで

実 行

さ らに

流 体 場

y

費 以 外

線 積 分

し て

式 を

M

grad

φ

grad

φ

6

・・

grad

φ

grad

φ

η2

・…

参照

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