工程函數(shù)簡介

這類函數(shù)中的大多數(shù)可分為三種類型：對復(fù)數(shù)進行處理的函數(shù)、在不同的數(shù)字系統(tǒng)（如十進制系統(tǒng)、十六進制系統(tǒng)、八進制系統(tǒng)和二進制系統(tǒng)）間進行數(shù)值轉(zhuǎn)換的函數(shù)、在不同的度量系統(tǒng)中進行數(shù)值轉(zhuǎn)換的函數(shù)。2100433B

最有名的應(yīng)力函數(shù)是彈性力學(xué)平面問題中的艾里應(yīng)力函數(shù)。如果沒有體力，平面中的三個應(yīng)力分量σxx、σyy、τxy滿足下列方程：

根據(jù)方程(1),可將應(yīng)力分量用一個函數(shù)φ（x，y）表示為：

φ便是艾里應(yīng)力函數(shù)。對于均勻和各向同性的物體,φ是一個雙調(diào)和函數(shù)，即它滿足下列雙調(diào)和方程：

ΔΔφ=0，　 (3)

式中Δ是平面的拉普拉斯算符。引入φ后,平面問題原來的8個未知函數(shù)(兩個位移分量、三個應(yīng)變分量和三個應(yīng)力分量σxx、σyy、τxy就歸結(jié)為一個函數(shù)φ。這對求解具體問題很有好處。

在彈性柱體的扭轉(zhuǎn)問題中,剪應(yīng)力分量τxz、τyz滿足下列平衡方程：

據(jù)此可將τxz、τyz用一個函數(shù)Ψ(x，y)表示為：

Ψ稱為普朗特應(yīng)力函數(shù)。對于均勻和各向同性的柱體,Ψ滿足下列方程：

ΔΨ=-2Gθ，　(6)

式中G為材料的剪切模量（見材料的力學(xué)性能）;θ為單位長度的扭轉(zhuǎn)角。

在求解彈性力學(xué)的空間問題時，也可以用六個應(yīng)力函數(shù)代替原來的六個應(yīng)力分量，但好處不多。所以，一般多采用各種位移函數(shù)。對于均勻和各向同性彈性體，位移分量u1、u2、u3滿足下列平衡方程：

式中Δ是空間中的拉普拉斯算符；ν為材料的泊松比；G為剪切模量；fi為體力分量。方程(7)的解可以表達(dá)成多種形式。一種形式為：

式中ψ1、ψ2、ψ3、

函數(shù)ψ1、ψ2、ψ3、

方程(7)還有另一種形式的解，即

式中Fi滿足下列方程：

函數(shù)F1、F2、F3稱為布森涅斯克-索米利亞納－伽遼金位移函數(shù)。對于回轉(zhuǎn)體的軸對稱問題，公式(10)可作許多簡化。取對稱軸為z軸(x3軸),記r為所考慮點到z軸的距離,并記位移在r、z軸上的投影分別為u、w。若┃1=┃2=0，可取F1=F2=0，F(xiàn)3=F(r，z)。這樣由公式(10)可得到：

式中,即柱坐標(biāo)中的拉普拉斯算符；F滿足下列方程：

公式(12)中的函數(shù)F稱為樂甫位移函數(shù)。 在求解軸對稱問題時，經(jīng)常利用公式(12)。

在f1=f2=0的情況下,即使不是軸對稱問題,方程(7)的解也可用一組位移函數(shù)F、f表示如下：

式中F、f滿足下列方程：

這組位移函數(shù)特別適用于求解無限體、半無限體和厚板等問題。