Python3之弹性力学——应力张量2

问题

已知某应力张量的分量为

[sigma_{11}=3,quadsigma_{12} = sigma_{13} = 1, quad sigma_{22} = sigma_{33} = 0, quadsigma_{23} = 2 ]

  • 1、全部主应力
  • 2、最大主应力对应的主方向
  • 3、求方向矢量为 $oldsymbol{n} = left(0, dfrac{1}{sqrt{2}}, dfrac{1}{sqrt{2}} ight)$ 的斜面上的正应力 $sigma_n$ 和剪应力 $ au_n$。
  • 应力张量

    已知应力张量有如下形式

    [left[ egin{array}{ccc} sigma_{x} & au_{xy} & au_{xz}\ au_{yx} & sigma_{y} & au_{yz}\ au_{zx} & au_{zy} & sigma_{z} end{array} ight] = left[ egin{array}{ccc} 3 & 1 & 1\ 1 & 0 & 2\ 1 & 2 & 0 end{array} ight] ]

    求解

    导入sympy模块

    from sympy import *
    init_printing(use_unicode=True)
    

    Matrix对象表示应力矩阵

    sigma = Matrix([[3, 1, 1], [1, 0, 2], [1, 2, 0]])
    sigma
    

    [left[egin{matrix}3 & 1 & 1\1 & 0 & 2\1 & 2 & 0end{matrix} ight] ]

    1、求全部主应力

    求特征值

    • 调用 Matrix 对象的 eigenvals 方法
    sigma.eigenvals()
    

    [left { -2 : 1, quad 1 : 1, quad 4 : 1 ight } ]

    • 冒号后的数字表示一重特征值

    求特征矢量

    • 调用 Matrix 对象的 eigenvects 方法
    sigma.eigenvects()
    

    [left [ left ( -2, quad 1, quad left [ left[egin{matrix}0\-1\1end{matrix} ight] ight ] ight ), quad left ( 1, quad 1, quad left [ left[egin{matrix}-1\1\1end{matrix} ight] ight ] ight ), quad left ( 4, quad 1, quad left [ left[egin{matrix}2\1\1end{matrix} ight] ight ] ight ) ight ] ]

    2、求最大主应力对应的主方向

    最大主应力

    [sigma_1 = 4 ]

    最大主应力对应的主方向

    [dfrac{1}{sqrt{6}}left(2, 1, 1 ight) ]

    3、求斜面上的正应力 (sigma_n) 和剪应力 ( au_n)

    方向矢量

    [oldsymbol{n} = left(0, dfrac{1}{sqrt{2}}, dfrac{1}{sqrt{2}} ight) ]

    n = Matrix([[0], [1], [1]])/sqrt(2)
    n
    

    [left[egin{matrix}0\frac{sqrt{2}}{2}\frac{sqrt{2}}{2}end{matrix} ight] ]

    应力矢量 (oldsymbol{T} = oldsymbol{sigma}cdotoldsymbol{n})

    T = sigma*n
    T
    

    [left[egin{matrix}sqrt{2}\sqrt{2}\sqrt{2}end{matrix} ight] ]

    正应力 (sigma_n = oldsymbol{T}cdotoldsymbol{n})

    sigma_n = T.T*n
    sigma_n
    

    [left[egin{matrix}2end{matrix} ight] ]

    剪应力

    [ au_n = sqrt{T^2 - sigma_n^2} ]

    tau_n =sqrt(T.T*T - sigma_n**2)
    tau_n
    

    [left(left[egin{matrix}2end{matrix} ight] ight)^{frac{1}{2}} ]

    参考

    原文地址:https://www.cnblogs.com/brightyuxl/p/9992411.html