Politechnika Gdańska Teoria Sprężystości i Plastyczności M-SE4

Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska sem. VI KBI r. 2005/2006

Katedra Mechaniki Budowli

prowadzący: Wojciech Witkowski, Marek Skowronek ZADANIA DOMOWE – zestaw nr 2

- algebra tensorów, zastosowanie operatorów różniczkowych –

1. Dane

są wektory a = a e oraz b = b e . Zapisać w rozwiniętej formie, stosując zapis i

i

i

i

wskaźnikowy, następujące wielkości: a) a×b b)

a ⊗ b c)

a ⋅ b (iloczyn skalarny) d) 2

a

Przedstawić je, tam, gdzie można, w postaci formalnej, z użyciem wektor bazowych e ,

i

i = 1, 2, 3.

.......................................................................................................................................................

a) a×b ⇒ e a b e =

k

( a b − a b , a b − a b , T

a b − a b

ijk

i

j

2 3

3 2

3 1

1 3

1 2

2 1 )

⎡

⎤

1

a 1

b

1

a 2

b

1

a 3

b

b)

⎢

⎥

a ⊗ b ⇒ a b e ⊗ e = a b a b

a b e ⊗ e

i

j

i

j

2 1

2 2

2 3

⎢

⎥ i

j

⎢

⎥

⎣ 3

a 1

b

3

a 2

b

3

a 3

b ⎦

c) a ⋅b = a b = a b + a b + a b i

i

1 1

2 2

3 3

d)

2

2

T

2

2

2

a = a a = a a = a + a + a = a i

i

1

2

3

2.

Dany jest wektor u = u e oraz tensor II walencji R = R e ⊗ e . Wykonać działanie i

i

kl

k

l

nasunięcia prostego R u przedstawiając jego rezultat w postaci wskaźnikowej (z użyciem wektorów bazowych e ,

i

i = 1, 2, 3) wskazać odpowiednik tego zadania w zestawie ćwiczeń nr 1.

.......................................................................................................................................................

R u = R e ⊗ e u e = R u δ e = R u e ij

i

j

k

k

ij

k

jk

i

ij

j

i

Odpowiednik z ćwiczeń nr 1 – przykład: A u ij

j

2

⎛ 4

⎞

1

x 2

x

⎜

⎟

3.

Dane jest pole wektorowe: u ≡ u (x) = ⎜

1

x 2

x 3

x ⎟

2

⎜

⎟

⎝ 3

x 2

x ⎠

Obliczyć: a) div u

b) grad u = ∇u

c) grad ( divu) d) rot u

e) S

u

0.5(

T

=

∇u + ∇u ) f) A u

0.5(

T

=

∇u − ∇u ) g) S + A u

u

Wyrazić każdą z tych wielkości stosując zapis wskaźnikowy.

.......................................................................................................................................................

a)

2

2

2

div u = u = u + u

+ u = 4 x + x x + x = 5 x + x x i, i

1,1

2,2

3,3

2

1 3

2

2

1 3

2

⎡ u

u

u ⎤

⎡ 4 x

8 x x

0 ⎤

1,1

1,2

1,3

2

1 2

⎢

⎥ ⎢

⎥

b) grad u = u = u u

u

= x x

x x

x x

i, j

⎢ 2,1

2,2

2,3 ⎥

⎢ 2 3

1 3

1 2 ⎥

2

⎢ u

u

u ⎥

⎢ 0

2

⎥

⎣ 3,1

3,2

3,3 ⎦

⎣

2

x 3

x

2

x ⎦

⎡ u ⎤ ⎡ u + u

+ u ⎤ ⎡ x ⎤

j , j 1

1,11

2,21

3,31

3

⎢

⎥ ⎢

⎥

c)

⎢

⎥

grad ( div u) = u

= u

= u + u

+ u

= 10 x

j, ji

⎢ j, j 2 ⎥ ⎢ 1,12

2,22

3,32 ⎥

2

⎢

⎥

⎢ u ⎥ ⎢ u + u + u ⎥ ⎢ x ⎥

⎣ j, j 3 ⎦ ⎣ 1,13

2,23

3,33 ⎦

⎣ 1 ⎦

⎛ u − u ⎞ ⎛ 2

−

⎞

3,2

2,3

3

x 2

x

1

x 2

x

⎜

⎟

d)

⎜

⎟

rot u = u

− u

=

0

⎜ 1,3

3,1 ⎟

⎜

⎟

⎜

⎟ ⎜

⎟

u

− u

x x − 8

⎝ 2,1

1,2 ⎠

⎝ 2 3

1

x 2

x ⎠

⎡

8 +

2

⎤

1

x

3

4

x

x

x

0

⎢

2

2

2

⎥

⎢

⎥

x + x

x + x

S

1

T

1

8

2

e) u

( u u ) (

⎢

⎥

=

∇ + ∇

=

u

+ u

= x

x x

x

i j

j i )

1

3

1

3

,

,

2

1 3

2

2

2

⎢

2

2

⎥

⎢

⎥

x + 2

1

3

x

2

⎢

0

⎥

2

x

2

x

⎢⎣

2

⎥⎦

⎡

8 −

⎤

1

x

3

0

x

x

0

⎢

2

2

⎥

⎢

⎥

− x + x

x − x

A

1

T

1

8

2

f) u

( u u ) (

⎢

⎥

=

∇ − ∇

=

u

− u

= x

x

i j

j i )

1

3

1

3

0

,

,

2

2

2

2

⎢

2

2

⎥

⎢

⎥

− x + 2

1

3

⎢

0

x

x

0

⎥

2

⎢⎣

2

⎥⎦

g)

S

A

u + u = ∇u

4.

Dana jest funkcja skalarna (pole skalarne) w R2: ϕ ≡ ϕ (x) 4

2 2

4

=

+

+

1

x

1

x 2

x

2

x

Definiujemy operator różniczkowy: ( ) 4

L ⋅ = ∇ (⋅) = ∆ (∆ (⋅)) . Obliczyć L (ϕ ) .

.......................................................................................................................................................

2

2

∆ϕ = ϕ +ϕ = 14 x +14 =

,11

,22

1

2

x

g (x)

L (ϕ ) = ∆ (∆ϕ ) = ∆ g = g + g

= 56

,11

,22

Document Outline

  • ZADANIA DOMOWE – zestaw nr 2