张量分析在建立力学平衡方程的运用
曲梁的应用及研究
曲梁的应用及研究作者：孙皆宜来源：《科技风》2018年第16期摘要：随着工程建设的不断复杂，直梁已经无法满足实际需求，对曲梁的研究显得尤为必要，特别是在材料科学与工程方面，显得尤为必要。
本文通过研究国内外对曲梁的研究，并结合曲梁力学模型的理论研究，对刚度矩阵在曲梁的分析进行了探讨。
关键词：曲梁；梁平衡；刚度矩阵；有限单元法在无载荷的条件下，具有平面曲线轴的梁，通常称为曲梁。
现代结构工程中，尤其是在桥梁工程中，曲梁的应用非常广泛，在船舶工程和航天工业中也有着广泛的应用。
曲线梁样式多样，如连续曲梁、薄壁开口曲梁、复合曲梁、多曲梁等。
根据线性分为变曲率曲梁、圆弧和直线的组合曲梁等；按截面形式分为I型、槽型等。
从外观上来说，曲线梁桥造型独特，和周围的环境，可以带来美的视觉上的享受，满足人们的审美要求；从结构上来说、曲线梁桥能很好地适应地形、地物的限制要求，使交通规划更加科学合理，具有更好的承载能力。
近年来，随着科学技术的不断进步，特别是材料科学方面的进步，复合材料的大量出现，使得曲梁的应用空间得到了极大的扩展。
同时，随着交通和城市建设的进一步发展，高等级公路、铁路和城市立交枢纽的曲线桥逐渐增多。
曲线梁的分析方法也受到国内外许多学者的关注。
然而，由于曲梁原有曲率的存在，使得曲梁的力学性能非常复杂，研究较为困难，其中曲梁的稳定性是一个非常突出的问题，而且曲梁的屈曲理论远远小于直梁的屈曲理论。
许多学者对曲梁理论进行了研究，但结果却不尽相同。
一、国内外研究现状相对直梁的研究，曲梁的研究相对较晚，最早的研究可以追溯到十九世纪，S.Venant在1855和1856年用半逆解法分别求解柱体扭转和弯曲问题，对圆截面曲杆的扭转理论进行了研究。
曲梁这一理论直到二十世纪50年代才开始了更深入的研究，前苏联学者Vlasov[1]建立了经典的稳定性理论，曲梁在直梁平衡方程中，相应的曲率被替换，得到曲梁。
随后曲梁的研究，基本上都是基于Vlasov的理论展开的。
弹性力学张量分析学习—对于初学者很有用
ei ej＝ ij
34
符号ij 与erst
当三个基矢量ei , ej , ek 构成右手系时，有
ei e j eijk ek
而对于左手系，有：
ei e j eijk ek
e3
e1 e1
e3 e2
e2
35
符号ij 与erst
2. 矢量的点积：
a b (a j e j ) (bk ek ) a j bk (e j ek ) a j bk jk a j b j ak bk
Advanced Mechanics of Composite Materials
补充材料 : 张量分析初步
1
目 录
引言
张量的基本概念，爱因斯坦求和约定
符号ij与erst
坐标与坐标转换
张量的分量转换规律，张量方程 张量代数，商法则 常用特殊张量，主方向与主分量 张量函数及其微积分
描述一些复杂的物理量需要二阶（或高阶）张量；
低阶张量的梯度； 低阶张量的并积； 更高阶张量的缩并，等。
张量基本概念
应力张量
张量基本概念
张量的三种记法：
实体记法：
分解式记法：
11e1e1 12e1e2 13e1e3 + 21e2e1 22e2e2 23e2e3 + 31e3e1 32e3e2 33e3e3
31
符号ij 与erst
erst 符号 (排列符号或置换符号，Eddington)
定义(笛卡尔坐标系)
1 erst 1 0
当r, s, t为正序排列时 当r, s, t为逆序排列时 当r, s, t中两个指标值相同时
弹塑性力学课后习题答案
七、张量概念及其基本运算（附录一）
1、张量概念
◆ 张量分析是研究固体力学、流体力学及连续介 质力学的重要数学工具 。
◆ 张量分析具有高度概括、形式简洁的特点。
◆ 任一物理现象都是按照一定的客观规律进行的， 它们是不以人们的意志为转移的。
不考虑因变形而引起的力作用线方向的改变； （B）在研究问题的过程中可以略去相关的二次及二
次以上的高阶微量；
从而使得平衡条件与几何变形条件线性化。
六、弹塑性力学发展概况
◆ 1678年英国科学家虎克(R.Hooke)提出 了固体材 料的弹性变形与所受外力成正比——虎克定律。
◆ 19世纪20年代，法国科学家纳维叶 ( C.L.M.H.Navier )、柯西 ( A.L.Cauchy )和 圣文南 ( A.J.C.B.Saint Venant ) 等建立了 弹性力学的理论基础。
二、 弹塑性力学的研究对象
在研究对象上，材料力学的研究对象是固 体，且基本上是各种杆件，即所谓一维构件。
弹塑性力学研究对象也是固体，是不受 几何尺寸与形态限制的能适应各种工程技术 问题需求的物体。
造成两者间这种差异的根本原因是什么呢？
三、弹塑性力学的基本思路与研究方法
1、弹塑性力学分析问题的基本思路
弹塑性力学课后习题答案
第一章 绪 论
一、 学科分类 ·弹塑性力学 二、 弹塑性力学的研究对象 三、 弹塑性力学的基本思路与研究方法 四、 弹塑性力学的基本任务 五、 弹塑性力学基本假设 六、 弹塑性力学发展概况 七、张量概念及其基本运算
一、学科分类 ·弹塑性力学
1、学科分类
按运动与否分：
固体力学基本方程
固体力学基本方程固体力学是研究物体在受力作用下的变形和运动的学科。
其基础是一些基本方程，这些方程是描述固体材料力学行为的数学表达式。
本文将介绍固体力学中的基本方程，包括应力-应变关系、变形与位移关系、能量方法、力学平衡方程和边界条件等。
1.应力-应变关系应力-应变关系是固体力学中最基础的方程之一。
它描述了外力作用下固体材料的应变与应力之间的关系。
根据麦克斯韦方程，应变是应力与弹性模量之间的比例关系。
对于线弹性材料，应力与应变之间满足胡克定律，即应力等于弹性模量与应变的乘积。
2.变形与位移关系变形与位移关系是描述固体材料在受力作用下发生变形时，材料内部各点位移与应变之间的关系。
对于小变形情况，可以利用拉格朗日描述变形。
拉格朗日公式用位移场来描述固体的运动，并与应变场相关联。
位移与应变之间的关系可由位移梯度张量和应变张量之间的关系给出。
3.能量方法能量方法是固体力学中一种重要的分析方法。
它基于能量守恒原理，通过计算系统储存的弹性势能和外界对系统做的功来得出力学行为。
能量方法不仅可以用于弹性材料的分析，还可以用于塑性、粘弹性和断裂等不同力学行为的分析。
4.力学平衡方程力学平衡方程是固体力学中最基本的方程之一。
它描述了固体物体在受力作用下的平衡条件。
根据牛顿定律和力的平衡性，可以得出力学平衡方程。
对于静力学平衡，作用在物体上的体力之和等于零；对于动力学平衡，还需要考虑物体的加速度。
5.边界条件边界条件是解固体力学问题时必须考虑的重要因素之一。
它描述了固体物体与外界的相互作用。
边界条件可以包括位移边界条件、力边界条件和热边界条件等。
位移边界条件描述了物体的边界上的位移情况，力边界条件描述了物体与外界的力的作用关系，热边界条件描述了物体在温度变化下的行为。
固体力学基本方程是固体力学研究的基础，它们为解决工程和科学问题提供了框架和方法。
这些方程的应用范围广泛，包括材料强度分析、结构力学、固体材料的变形和破坏行为等。
张量理论与张量分析的应用
计算方法：通过对张量的分量进行 变换和组合，可以计算出张量的对 称性。
添加标题
添加标题
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分类：根据对称性的不同，可以将 张量分为不同类型，如对称张量、 反对称张量等。
应用：张量的对称性分析在物理学、 工程学等领域有着广泛的应用，如 弹性力学、流体力学等。
定义：特征值是线性变换下的不变量，特 征向量是线性变换下的向量。
描述张量在环境科学中的具体应用场景 介绍张量在环境科学中的重要性和作用 分析张量在环境科学中的优势和局限性 探讨张量在环境科学中的未来发展方向
汇报人：XX
添加项标题
张量分析在数据科学中的应用：利用张量分析的方法对多维数 据进行处理、分析和挖掘
添加项标题
张量在数据降维中的应用：通过张量分解等方式降低数据的维 度，提高处理效率和可解释性
添加项标题
张量在数据分类和聚类中的应用：利用张量表示的数据结构对 数据进行分类和聚类，提高分类和聚类的准确性和稳定性
XX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
CONTENTS
PART ONE
PART TWO
张量是一个数学概 念，用于描述物理 现象中的多维数据
张量具有标量、向 量和矩阵等基本数 学对象的性质
张量可以表示物理 量在不同参考系下 究电磁场、电流 密度等物理量
振动分析：用于研 究结构的振动特性、 频率响应等
金融数据分析：利用张量进行多维数据分析，挖掘金融市场的潜在规律和趋势。 风险评估：利用张量模型评估金融市场的风险，为投资决策提供支持。 预测模型：利用张量构建时间序列预测模型，预测经济指标和金融市场的走势。 营销策略：利用张量分析消费者的购买行为和偏好，制定更精准的营销策略。
张量分析及其应用
⎧1, i = j δ ij = ⎨ ⎩0, i ≠ j
δ 其中 i，j 为自由指标，取遍1，2，3；因此， i j 可确 定一单位矩阵：
⎡δ 11 δ 12 δ 13 ⎤ ⎡1 0 0⎤ ⎢δ δ 22 δ 23 ⎥ = ⎢0 1 0⎥ ⎢ 21 ⎥ ⎢ ⎥ ⎢δ 31 δ 32 δ 33 ⎥ ⎢0 0 1⎥ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦
∂U i =0 ∂xi
或
∂U1 ∂U 2 ∂U 3 + + =0 ∂x1 ∂x2 ∂x3
∂U x ∂U y ∂U z + + =0 ∂x ∂y ∂z
1.4 指标记法的运算
1.4.5 例题 ——熟悉指标记法和普通记法的转换 不可压缩牛顿流体的Navier-Stokes方程：
∂U i ∂p ∂U i ∂U i ) = ρ bi − ρ( +U j +μ ∂x j∂x j ∂t ∂x j ∂xi
写出其普通记法
1.4 指标记法的运算
1.4.5 例题 ——熟悉指标记法和普通记法的转换 弹性力学平衡方程方程：
∂Txx ∂Txy ∂Txz + + + bx = 0 ∂x ∂z ∂y ∂Tyx ∂x + ∂Tyy ∂y + ∂Tyz ∂z + by = 0
∂Tzx ∂Tzy ∂Tzz + + + bz = 0 ∂x ∂z ∂y
是一个数值，即
δ ii = 3
δi j
的作用：1）换指标；2）选择求和。
例1：
Ai → Ak
δ k i Ai = δ k k Ak = Ak
思路：把要被替换的指标 i 变成哑标，哑标能 用任意字母，因此可用变换后的字母 k 表示
从张量的角度推导流体力学三大基本方程
从张量的角度推导流体力学三大基本方程首先要讲一点，从张量的角度来看，流体力学的三大基本方程就是物理学家们在最初探讨介质流动的基本思路，也就是物理四大基本方程组的应用。
因此，我们可以借助张量的思维，来解释它们之间的联系和关系。
物理学家莱布尼茨首次提出物理的四大基本方程，有基于的物质的物理过程，包括动能守恒定律、牛顿第二定律、热力学定理和电磁学方程，这四个定理被称为"物理四大基本方程"。
运用张量计算，物理四大基本方程组可以表示为扩散方程（物体总动能守恒）、质量守恒方程（物体质量守恒）、动量守恒方程（物体总动量守恒）和能量守恒方程（物体总能量守恒）。
因此，从张量的角度来看，流体力学的三大基本方程就可以被推导出来了，它们分别是物质及能量流量守恒方程（散度定律）、恒定流体能量方程（动量守恒方程）和变量流体压力方程（勒莱塔方程）。
物质及能量流量守恒方程，就是基于张量计算的变量物质流动的物理过程，它表示物体总本量的流动的等离子体及其能量的守恒，其正视图扩散方程可以表示为：∇•∇*T=0，T表示物质总本量的流动及其能量；恒定流体能量方程，主要对物体动量而言，基于张量表示，比如动量方程：。
∇•(Y×Y )=0， Y表示动量；最后是变量流体压力方程，这是在勒莱塔方程的基础上的进一步发展，它结合了物质及能量流浪的特性，表示为：Φ=Φ(F/L-q*h)，其中F表示动量、L表示动量流浪速度、q表示物质流浪的密度以及h表示压力的空间变化。
总之，流体力学三大基本方程实质上都是应用物理四大基本方程和张量思维，在有限时间和空间范围内对物体总本量和其能量变化和动力学过程进行守恒性分析的方法。
鉴于其复杂性，可以用来研究复杂物理过程，比如流体动力学。
第三连续介质力学之张量分析
（3）考察边界条件：无体力、无面力，
（4）结论：线性函数对应于无荷载的情况，应力函数 Ф 的线性项不影响应力分布，研究问题时可舍去。
2. 二次函数
考察其能解决的问题。 （1）检查Φ 是否满足 4 0
4
1) ax
2
4
x
2
4 2
2
x y
4
4
y
0
能被满足
（2）根据（2—23）求出应力分量{；
2 fxx 0 x 2 y 2 f y y 2a y 2 x 2 0 xy xy
x
4
2
4
x y
v y
u y
xy
3、物理方程
x
E
2
(
x
y
)
y
1
E
2
(
y
x
)
应力用 位移表示
xy
2 (1 )
E u ( x 2 1 x E v ( y 2 1 y E v xy ( 2(1 ) x
u y u y
)] s f x )] s f y
(
( S S )
us u ( S S u ) vs v
未知函数—应力、 应变、位移
位移分量
u,v
MATLAB在“张量分析”课程教学中的应用
MATLAB在“张量分析”课程教学中的应用作者：汪建军许才军来源：《科教导刊》2024年第01期摘要張量分析是一种重要的数学工具，它在相对论、电磁场论和连续介质力学等诸多学科都有着广泛的应用。
掌握这种数学工具，已成为从事相关科学研究的必备基础。
然而，张量分析中非欧几里得空间局部切标架的存在，增加了张量计算和分析的复杂性。
学生在学习“张量分析”课程时面临着抽象概念和复杂公式的理解上的困难。
本文提出利用MATLAB工具在绘图、脚本编程和符号推导等方面的强大功能，从旋度分析、坐标变换和定理辅助证明这三个方面，并结合MATLAB脚本代码，展示MATLAB工具辅助于该课程教学的重要作用。
教师借助该工具开展课程教学，将帮助学生有效提高对张量分析知识的理解。
学生掌握了该课程的基础知识后，便能进一步使用MATLAB的张量工具箱或Pytorch深度学习库进行张量运算操作。
关键词张量分析；坐标变换；定理辅助证明；MATLAB中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdk.2024.1.040Some Notes on the Application of the MATLAB Language to the Tensor Analysis CourseWANG Jianjun 1，2， XU Caijun1，2（1.The school of Geodesy and Geomatics， Wuhan University， Wuhan， Hubei430079;2. Key Laboratory of Geospace Environment and Geodesy， Ministry of Education， Wuhan，Hubei 430079）Abstract Tensor analysis is a crucial mathematical tool with broad applications in fields as diverse as relativity， electromagnetic field theory， fluid mechanics， continuum mechanics， and so on. Mastery of this technique has become an essential skill for individuals engaged in scientific research. However， the presence of varying local tangentialframes in non-Euclidean space adds more complexity to the tensor operation， compared to its operation in traditional Euclidean space，wherethe basis vectors are simple a nd uniform throughout space. This complexity blunts students’ intellect to deduce intractable formulae and comprehend abstract concepts when studying the course of tensor analysis. To address this challenge， here we highlight the use of the MATLAB as a tool to help students grasp the fundamentals of tensor analysis. We employ the rich functionalities of the powerful tool， including plotting figures， coding scripts， deriving symbols， and computing tensors.We demonstrate the role that the tool plays in teaching the course interms of curl operation，coordinate transformation and auxiliary proof of theorems with the addition of script codes. We believe that incorporating this tool into the course will sharpen students' comprehension on the course. It is also expected that they will be able to manipulate tensors proficiently using either the tensor toolbox in MATLAB orthe Pytorch deep learning library， based on clear thinking about tensor analysis.Keywords tensor analysis; coordinate transformation; auxiliary proofof theorems; MATLAB张量是一种能以非常简洁优美的形式表达现实世界中物理规律的数学量。
张量分析
张量分析研一 熊焕君 2017.9.281.引论：我们对标量和矢量都非常熟悉。
标量是在空间中没有方向的量，其基本特征是只需要一个数就可以表示，且当坐标系发生转动时这个数保持不变，因此也称其为不变量。
而矢量是个有方向的量，三维空间中矢量需要一组三个数（分量）来表示，其基本特征是当坐标系发生转动时，这三个数按一定规律而变化。
然而在数学物理问题中，还常出现一些更为复杂的量，如描述连续体中一点的应力状态或一个微元体的变形特征等，仅用标量和矢量不足以刻画出他们的性质。
要描述这些量则有必要将标量和矢量的概念加以引申和扩充，即引入新的量——张量。
在概念上，张量和矢量有许多类同之处。
一方面张量也表示某一客观存在的几何量或物理量，显然张量作为一个整体是与描述它所选取的坐标系无关，可像矢量代数那样，用抽象法进行描述；另一方面也可像矢量一样采用坐标法进行描述，此时张量包含有若干个分量元素，各个分量的取值与具体的坐标系相关联。
张量的主要特征是，在坐标系发生变化时，其分量取值遵守着一定的转化定律。
张量方法的核心内容是研究一个复杂的量集坐标转换规律。
我们知道，一个物理定律如果是正确的，就必须不依赖于用来描述它的任何坐标系，张量方法就是既采用坐标系，而又摆脱具体坐标系的影响的不变方法。
于是我们可以在简单的直角坐标系中建立描述某一运动法则的支配方程，如果需要可以用张量方法将其转换到任意一个曲线坐标系中去。
例如对于很大一类边值问题，若选用恰当的曲线坐标系，其边界条件可以简化的表达，那么我们就可以将支配方程用张量方法转化到所采用的坐标系中来，从而使问题的求解容易处理。
2.记号与约定张量是包含有大量分量元素的复杂量集，必须使用适当的记号和约定，才能使其表达形式简化紧凑，从而使分析和讨论有序地进行。
从某种意义上讲，可以说张量是对记号的研究。
所以我们必须熟悉各种约定记号，才能对张量这个工具运用自如。
在张量方法中对一个量的标记采用字母标号法。
数学中的张量分析方法
数学中的张量分析方法在数学中，张量分析是一种用于描述多维空间中变量关系的数学工具。
它在许多领域中被广泛应用，包括物理学、工程学、计算机科学和经济学等。
本文将介绍张量的基本概念和常见的应用方法。
一、张量的定义和性质1. 张量的定义张量是一个多维数组，可以表示为多个分量的组合。
在欧几里德空间中，一阶张量是向量，二阶张量是矩阵。
高阶张量可以看做是多个矩阵的组合。
2. 张量的性质张量具有坐标系无关性，即其分量在不同坐标系下具有相同的转换法则。
这使得张量在描述物理量时具有普适性和通用性。
二、张量的运算法则1. 张量的加法和减法张量的加法和减法都是对应分量相加或相减。
要求参与运算的张量具有相同的维度。
2. 张量的数乘张量的数乘是将每个分量都乘以一个标量。
数乘并不改变张量的维度。
3. 张量的张量积张量的张量积是两个张量的分量进行乘积并按照一定规则相加得到的新张量。
它在向量叉乘、矩阵乘法等问题中有广泛应用。
4. 张量的缩并运算张量的缩并是对张量的某些分量进行求和，并将结果保留在一个新的张量中。
它常用于求解线性方程组、协方差矩阵等问题。
三、张量的应用举例1. 物理学中的应用张量在物理学中有广泛的应用，如流体力学中的应力张量、电动力学中的麦克斯韦张量等。
它们描述了物质在空间中的运动和相互作用。
2. 工程学中的应用张量在工程学中用于描述物体的形变、应力分布等。
它在结构力学、弹性力学、热传导等领域中有着重要的作用。
3. 计算机科学中的应用张量在图像处理、模式识别、机器学习等领域中被广泛应用。
例如，卷积神经网络中的卷积操作就可以用张量运算进行描述。
4. 经济学中的应用张量在经济学中用于描述多个经济变量之间的关系。
它可以用来分析供求关系、生产函数等经济现象。
结语：张量分析作为一种重要的数学工具，为我们研究和解决各种问题提供了强有力的帮助。
通过对张量的定义、性质和运算法则的了解，我们可以更好地理解和应用张量，进而推动科学的发展和进步。
极坐标系和球坐标系几何和平衡方程统一推导方法
DOI：10.3969/j .issn.1006-3951.2018.04.021
The Unified Derivation Method of the Geometric and Equilibrium Equations of Polar Coordinates System and Spherical Coordinates System
基矢量和逆变基矢量重合。产生小变形后的位移为
u = X uiei
(l )
其 中 为 e,方 向 位 移 分 量 ，P 点 坐da；e；
⑵
其 中 为 q 方向的坐标增量。与卡氏坐标系不
同的是，句随空间物质点发生变化，其变化率满足
^ = ^ A lek
(3 )
式 中 为 相 应 系 数 ，由曲线坐标系的具体形式决
YIN Yu-ze1, KANG Huan2 (1. SPIC Yunnan International Power Investment Co.?Ltd., Kunming 650000, Yunnan, China; 2. Waterway Engineering Institute of China Power Zhongnan Engineering Corporation Limited, Changsha 410000, Hunan,
China) Abstract: The paper put forward a new derivation method of the corresponding equation of the polar coordinates system and the spherical coordinates system based on the ordinary form of both geometric and equilibrium equations for small deformation in the curvilinear coordinates system. The proposed method can derive both geometric equation and equilibrium equation under the unified calculation frame in an easy, quick and accurate way and does not need to make deformation and stress analysis of the micro-component, thus helping deepen understanding of the unitarity of the classical equation of mechanics of elasticity. Key words: curvilinear coordinates; geometric equation; equilibrium equation; polar coordinates; spherical coordinates
建筑结构中的受力分析方法
建筑结构中的受力分析方法在建筑结构中，受力分析是一项至关重要的任务。
它通过对各种受力因素的深入研究和分析，来确保建筑物在正常使用和特殊情况下的安全性和稳定性。
本文将介绍建筑结构中常见的受力分析方法，并探讨它们的应用。
一、静力学方法静力学方法是最基础和常用的受力分析方法之一。
它假设结构在受力过程中处于静止状态，不考虑时间因素和动态影响。
静力学方法主要包括受力平衡方程和杆系分析。
1. 受力平衡方程受力平衡方程是基础的受力分析工具。
它根据牛顿力学定律，通过平衡力的大小和方向来描述结构的受力状态。
在受力平衡方程中，通常需要考虑外力、内力和支座反力等因素，以确保结构在各个方向上处于平衡状态。
2. 杆系分析杆系分析是一种将结构简化为杆件的方法。
它通过将复杂结构分解为杆件系统，并对每个杆件进行受力分析，来研究结构的整体受力行为。
杆系分析可以用于分析梁、柱、桁架等结构，并结合受力平衡方程进行综合分析。
二、有限元法有限元法是一种数值计算方法，广泛应用于复杂结构的受力分析。
它将结构划分为小的单元，并建立该单元与其相邻单元之间的力学关系方程。
通过求解这些方程，可以得到结构的受力分布情况。
有限元法的优势在于可以考虑结构的非线性和动态特性，并且适用于各种复杂边界条件和荷载情况。
在实际应用中，有限元法广泛用于建筑物的承载力分析、振动分析以及变形分析等方面。
三、弹性力学方法弹性力学方法是一种基于弹性力学理论的受力分析方法。
它假设结构具有线弹性行为，并通过弹性力学理论建立结构的受力方程。
弹性力学方法主要包括应力分析、弹性平衡方程和变形分析。
1. 应力分析应力分析是利用应力张量和变形张量来描述结构受力状态的方法。
它通过计算各个点的应力大小和方向，来研究结构的应力分布情况。
应力分析可以用于分析结构的强度和稳定性等关键参数。
2. 弹性平衡方程弹性平衡方程是基于弹性力学理论和受力平衡原理的方程。
它通过平衡结构的内力和外力，来确定结构的静态平衡状态。
[平衡微分方程的适用范围]平衡微分方程
![[平衡微分方程的适用范围]平衡微分方程](https://img.taocdn.com/s3/m/0afa597caf45b307e87197ea.png)
[平衡微分方程的适用范围]平衡微分方程平衡微分方程的适用范围弹性力学、塑性力学、弹塑性力学。
张量:怎样判断？商判则：和任意矢量点积为K-1阶张量的量一定为K 阶张量。
能否满足分量转换规律是判断某个数的集合是否表示一个张量的基本准则。
3、n 维张量的举例标量零阶张量，矢量为一阶张量，应力、应变为二阶张量，应力、应变之间的弹性关系可用四阶张量表示。
4、▽的意义？▽为一个梯度，▽2为调和算子，▽4为重调和算子。
5、柯西应变张量与格林应变张量的区别？柯西应变张量适用于线弹性小变形，格林应变张量适用于任何情况。
6、任意斜面上的应力的本质是？平衡微分方程和转轴公式。
7、如何描述正应变，剪应变，体积应变，应力的球张量，应力的偏张量？对于各向同性材料，正应力引起正应变，引起线元长度变化；剪应力引起剪应变，引起角度的变化；应力的球张量，只引起体积变化，不会引起形状的变化；应力的偏张量，只引起形状变化，不会引起体积的变化。
动力学的平衡微分方程如何表示？根据达朗贝尔原理，把惯性力当作体力来满足力平衡和力矩平衡条件。
9、转轴公式的理论依据:柯西公式。
10、等效应力、等效应变物理意义、公式：等效应力将6个应力分量的对变形体的作用，等效于一个单向拉伸力的作用；等效应变将6个应变分量等效于一个单向拉伸力所产生的应变。
利用实验，就可以直接建立等效应变与等效应力的数值关系11、体积不可压：从体积弹性模量来看，当时，K 趋向于无穷大，也就是说体积变化无限小，即表示体积不可压缩。
12、为什么等值拉压是纯剪切等值拉压时，线元只有角度发生变化，长度有发生变化，故等值拉压是纯剪切。
13、里茨和伽辽金法的物理思想均是利用利用最小势能原理，寻找满足约束边界条件的试验函数。
14、弹性力学为什么可用逆解法、半逆解法：解的唯一性定理表明，无论用什么方法求得的解，只要能满足全部基本方程和边界条件，就一定是问题的真解。
15、叠加原理建立在什么条件下：基本方程和边界条件满足线弹性条件，举例：在线弹性条件下，复杂问题可通过简单叠加处理。
应用张量分析推导柱坐标系和球坐标系中弹性力学几何方程和平衡微分方程
应用张量分析推导柱坐标系和球坐标系中弹性力学几何方程和
平衡微分方程
周正峰
【期刊名称】《大学物理》
【年(卷),期】2022(41)11
【摘要】利用正交曲线坐标系与笛卡儿坐标系单位矢量的关系,以及笛卡儿坐标系单位矢量为常矢量的特性,从单位矢量变换的角度,推导柱坐标系和球坐标系中的梯度算子,以及单位矢量对坐标的偏导数.并根据张量的场论基础,通过微分运算,推导出位移矢量的梯度和应力张量的散度.再根据几何方程和平衡微分方程的张量表达形式,推导出柱坐标系和球坐标系中的应变几何方程和应力平衡微分方程.
【总页数】5页(P4-8)
【作者】周正峰
【作者单位】西南交通大学土木工程学院;西南交通大学道路工程四川省重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】O302
【相关文献】
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4.用Lagrange
方程求自由质点在球坐标系中运动微分方程5.极坐标系中弹性力学平面问题的Hamilton正则方程及状态空间有限元法
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张量分析在连续介质力学中的应用
张量分析在连续介质力学中的应用张量（tensor）是数学中的一个概念，是一个多维数组，它可以表示物理量在空间中的分布情况。
在连续介质力学中，张量分析是一种非常有效的数学工具，可以用来描述固体或流体等连续介质中的物理性质和行为。
本文将探讨张量分析在连续介质力学中的应用，以及其在实际问题中的重要性。
在连续介质力学中，我们经常需要描述物质在空间中的性质，比如位移、速度、应力等。
这些物理量一般是矢量或张量。
矢量只有一个方向和大小，而张量不仅有方向和大小，还有不同方向上的分量。
张量可以用来描述物质的各向异性，以及在不同方向上的应力、形变等情况。
在固体力学中，张量分析经常用来描述物质的弹性性质。
比如应力张量描述了物质内部的受力情况，形变张量描述了物质的形变情况。
通过这些张量，我们可以计算物质的弹性模量、泊松比等性质，从而分析物质的变形和破坏行为。
张量分析为我们提供了一种精确、全面地描述固体材料性能的方法。
在流体力学中，张量分析也有着广泛的应用。
比如速度梯度张量用来描述流体中各点的速度变化率，应力张量用来描述流体中各点的受力情况。
通过这些张量，我们可以计算流体的黏度、粘性系数等性质，从而分析流体的流动行为。
张量分析为我们提供了一种深入理解流体运动规律的工具。
除了固体力学和流体力学，张量分析在其他领域也有着重要的应用。
比如电磁场中的麦克斯韦张量用来描述电磁场的分布情况，广义相对论中的里奇张量用来描述时空的弯曲情况等。
张量分析已经成为了现代物理学和工程学的重要工具之一。
总的来说，张量分析在连续介质力学中发挥着至关重要的作用。
它不仅可以帮助我们更深入地理解物质的性质和行为，还可以为工程实践和科学研究提供强大的数学工具。
随着计算机技术的发展，张量分析的应用将会更加广泛，为我们解决更多复杂的实际问题提供帮助。
希望本文对读者对张量分析在连续介质力学中的应用有所启发，也希望在未来的研究和工程实践中，张量分析能够发挥更大的作用。
高等土力学教材第六章土工数值分析（一）土体稳定的极限平衡和极限分析
⾼等⼟⼒学教材第六章⼟⼯数值分析（⼀）⼟体稳定的极限平衡和极限分析⼟⼯数值分析（⼀）⼟体稳定的极限平衡和极限分析⽬录1 前⾔ (2)2 理论基础－塑性⼒学的上、下限定理 (4)2.1 ⼀般提法 (4)2.2 塑性⼒学的上、下限定理 (5)2.3 边坡稳定分析的条分法 (7)3 ⼟体稳定问题的下限解－垂直条分法 (9)3.1 垂直条分法的静⼒平衡⽅程及其解 (9)3.2 数值分析⽅法 (11)3.3 垂直条分法的有关理论问题 (15)3.4 垂直条分法在主动⼟压⼒领域中的应⽤ (19)4 ⼟体稳定分析的上限解－斜条分法 (23)4.1 求解上限解的基本⽅程式 (23)4.2 上限解和滑移线法的关系 (24)4.3 边坡稳定分析的上限解 (27)4.4 地基承载⼒的上限解 (27)5 确定临界滑动模式的最优化⽅法 (30)5.1 确定⼟体的临界失稳模式的数值分析⽅法 (30)5.2 确定最⼩安全系数的最优化⽅法 (31)6 程序设计和应⽤ (39)6.1 概述 (39)6.2 计算垂直条分法安全系数的程序S.FOR (39)6.3 计算斜条分法安全系数的程序E.FOR (53)1⼟⼯数值分析（⼀）：⼟体稳定的极限平衡和极限分析法1前⾔边坡稳定、⼟压⼒和地基承载⼒是⼟⼒学的三个经典问题。
很多学者认为这三个领域的分析⽅法属于同⼀理论体系，即极限平衡分析和极限分析⽅法，因此，应该建⽴⼀个统⼀的数值分析⽅法。
Janbu 曾在1957年提出过⼟坡通⽤分析⽅法。
Sokolovski(1954)应⽤偏微分⽅程的滑移线理论提出了地基承载⼒、⼟压⼒和边坡稳定的统⼀的求解⽅法。
W. F. Chen (1975)在其专著中全⾯阐述了在塑性⼒学上限和下限定理基础上建⽴的⼟体稳定分析⼀般⽅法。
但是，上述这些⽅法只能对少数具有简单⼏何形状、介质均匀的问题提供解答，故没有在实践中获得⼴泛的应⽤。
下⾯分析这三个领域分析⽅法的现状以及建⽴⼀个统⼀的体系的可能性。
1第一章 笛卡尔张量
序言张量分析对于现在的力学专业学生以及力学相关问题的解决，是应该掌握的重要数学工具。
事实上，如果没有张量的知识，就无法学习连续介质力学基本理论和阅读相关专业的文献资料。
无庸讳言，张量概念非常抽象，相对来说比较难于学习和把握。
但是，只要克服张量学习过程中的畏难情绪，抓住张量概念的关键点，梳理张量分析的基本数学规则，结合一定的力学实例的张量描述，从而建立张量分析的概念和基本分析方法，就能够为运用张量分析解决实际问题奠定坚实基础。
张量概念最早是由高斯(Gauss)、黎曼(Riemann)、克里斯托夫(Christoffel)等人在十九世纪发展微分几何过程中引入的，是从线性空间推广到非线性空间的纯粹数学的演绎，由于自然科学发展水平的限制，这种具有根本性变革的数学工具长期被自然科学领域所忽略。
直到1915年，爱因斯坦获得格罗斯曼的协助，借助张量分析这一数学工具创立了伟大的广义相对论，才凸显了张量分析在描述具有协变性质物理规律的关键作用。
这个事实再次有力地向我们传达了数学和自然科学之间彼此的依存关系，即数学的规则被赋予了自然规律的意义后才成为有生命力的学问，而借助数学工具建立起的自然规律才能呈现自然科学的奥秘。
此后，张量分析迅速渗透到理论物理、现代微分几何、连续介质力学等学科领域中。
就力学专业的学生而言，学习和掌握张量分析，可以更加深刻地领会连续介质力学的概念和一般力学规律，充分锻炼我们的理性思维能力，提高分析问题和解决问题的能力和水平。
用代数方法和解析方法描述空间问题时，必须引进坐标系或建立坐标基矢量。
坐标系的引入为建立各种物理或几何规律带来了可能和极大的方便，同时也往往使问题复杂化。
可以设想，客观规律应该独立于坐标系，但客观规律的表达形式却严重依赖于所用的具体坐标系，使得客观规律本身的内在性质与建立在坐标系上的数学表达形式完全融为一体。
这样，一方面可能会因其数学的形式外壳而不易揭示问题的内在本质，另一方面，甚至对很多客观规律根本无法进行数学表述。
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（19）
以及 等。 同样的，对于运动情况有
（21） （20）
式中，αi为加速度分量，ρ为密度。如果为Fi为根据单位质量测得 的值，ρ Fi那么它应该用代替。
（8）
又
（9）
将式（9）代入式（8）得
（10）
但从力的平衡式（5）得
，那么
（11）
由于
（12）
将式（12）代入（11）得出
（13）
或
（14）
对于任一体积，有
（15）
其中隐含
（16）
例如，考虑i=1的情况，那么式（15）给出以下非零项
（17）
但
，所以
。
利用式（16），则式（5）可以写成
（18）
式（18）和式（16）可以用（x,y,z）(von Karman)标记写成
对于物体的任一体积V，其表面积为A,如图1所示，于是有以 下的平衡条件：力矢量和为零，即 ，或
（1）
对点的力矩矢量和为零，即
，或
（2）
将
代入，式（1）可写成
（3）
利用散度定理，上式可表示成
（4）
图1
对于一个任意的体积
（5）
同样，式（2）可写成以下形式:
（6）
由散度定理，其i固定，有
（7）
于是，式（2）变成
张量分析在建立力学平衡 微分方程中的运用
研究问题中张量分析的必要性
自然界变化和运动是有规律的，认识这些规律是自然 科学的任务。而用数量来描述这些规律时，往往需要引入 坐标系，才能把数学带到自然科学中去。然而，本来与坐 标系选取无关的自然规律，它的数学表达形式不得不与坐 标系的选择夹杂在一起，而使人对其物理实质不易辨认。 张量的引入，则恰是力图既采用坐标系又摆脱具体坐 标系影响的一种尝试。使用张量，可以简化推导，使演算 使用张量， 使用张量 可以简化推导， 过程清晰，表达整齐， 过程清晰，表达整齐，用张量来描述自然科学中一些规律 所得的结果，在任何坐标系具有不变的形式，这将给研究 所得的结果，在任何坐标系具有不变的形式， 工作带来极大的方便。