流体力学から数値計算まで

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応力のまとめ

まとめると次の様になります。

x軸に垂直な面に作用する剪断応力の成分

\[ \begin{aligned} \tau_{xx}&=-2\mu\frac{\partial v_x}{\partial x}+\frac{2}{3}\mu(\nabla\cdot\vec v)\\[6pt] \tau_{xy}&=-\mu\left(\frac{\partial v_x}{\partial y}+\frac{\partial v_y}{\partial x}\right)\\[6pt] \tau_{xz}&=-\mu\left(\frac{\partial v_x}{\partial z}+\frac{\partial v_z}{\partial x}\right) \end{aligned} \]

y軸に垂直な面に作用する剪断応力の成分

\[ \begin{aligned} \tau_{yx}&=-\mu\left(\frac{\partial v_y}{\partial x}+\frac{\partial v_x}{\partial y}\right)\\[6pt] \tau_{yy}&=-2\mu\frac{\partial v_y}{\partial y}+\frac{2}{3}\mu(\nabla\cdot\vec v)\\[6pt] \tau_{yz}&=-\mu\left(\frac{\partial v_y}{\partial z}+\frac{\partial v_z}{\partial y}\right) \end{aligned} \]

z軸に垂直な面に作用する剪断応力の成分

\[ \begin{aligned} \tau_{zx}&=-\mu\left(\frac{\partial v_z}{\partial x}+\frac{\partial v_x}{\partial z}\right)\\[6pt] \tau_{zy}&=-\mu\left(\frac{\partial v_z}{\partial y}+\frac{\partial v_y}{\partial z}\right)\\[6pt] \tau_{zz}&=-2\mu\frac{\partial v_z}{\partial z}+\frac{2}{3}\mu(\nabla\cdot\vec v) \end{aligned} \]

一般的に次の様に表されます。

\[ \tau_{ij} = -\mu\left( \frac{\partial v_i}{\partial x_j} +\frac{\partial v_j}{\partial x_i} \right) +\delta_{ij}\frac{2}{3}\mu(\nabla\cdot\vec v) \]

また、

\[ \begin{aligned} \sigma_{ij} &=-\delta_{ij}p_j-\tau_{ij}\\[6pt] &=-\delta_{ij}p_j +\mu\left( \frac{\partial v_i}{\partial x_j} +\frac{\partial v_j}{\partial x_i} \right) -\delta_{ij}\frac{2}{3}\mu(\nabla\cdot\vec v) \end{aligned} \]

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(2011.3.15~)