3章の演習問題

  1. (Cauchy の関係)

    (a) 図1の様に,点Pにおける法線ベクトルがそれぞれ, \(\mbox{\boldmath$n$}\), \(\mbox{\boldmath$n$}^\prime\) である面積要素\(d S\)と\(d
S^\prime\)を考える.次の式が成り立つことを証明しなさい.


    \begin{displaymath}
\stackrel{n^\prime}{\mbox{\boldmath$T$}}\cdot \mbox{\boldmat...
...ackrel{n}{\mbox{\boldmath$T$}}\cdot \mbox{\boldmath$n$}^\prime
\end{displaymath} (166)

    \epsfile{file=mon2-1.eps,height=3cm}
    図1

    (b) 法線応力が停留値(極大または極小値)を持つ時のせん断応力 は零であることを示しなさい.
    \(\left(
\begin{minipage}{14cm}
ヒント:図2のように,
法線ベクトルが\(\mbox{\bold...
..., \cos d\theta \approx 1\)と近似し,高次の項を無視する.
\end{minipage}\right)\)

    \epsfile{file=mon2-2.eps,height=2.5cm}
    図2

  2. (主応力)

    主応力を求めるための 特性方程式 \({\rm det}(\sigma_{ij}-\sigma\delta_{ij})=0\)は, 3つの実数解を持つことを示しなさい.
    \(\left(
\begin{minipage}{14cm}
ヒント: 3次方程式の解のうち少なくともひとつは実�...
...1, \sigma_2\)を求める2次方程式における判別式を評価する.
\end{minipage}\right)\)

  3. (応力の不変量)

    (a) 座標変換の方向余弦\(Q_{ij}\)に対して,

    \begin{displaymath}
Q_{ki}Q_{kj}=\delta_{ij}, \qquad Q_{ik}Q_{jk}=\delta_{ij}, \qquad
{\rm det}(Q_{ij})=1
\end{displaymath} (167)

    を示しなさい.

    (b) 上の関係を利用して,

    \begin{displaymath}
\begin{array}{l}
J_1 = \sigma_{ii}, \qquad
J_2 = \displaysty...
...ip}\sigma_{jq}\sigma_{kr}
= {\rm det}(\sigma_{ij})
\end{array}\end{displaymath} (168)

    が,不変量 (つまり,任意の座標変換\(Q_{ij}\)で変換しても変換の前後で値が変わらない量) であることを証明しなさい.

  4. (極座標系におけるつりあい方程式)

    円柱座標におけるつりあい方程式 (応力成分, \(\sigma_{rr}, \sigma_{r\theta}, \sigma_{rz}, \cdots,
\sigma_{zz}\) を関係づける式) を次の二通りの方法により導きなさい.

    (a) 図3の様な微小扇形要素のつりあいを考える.

    (b) 直角座標におけるつりあい方程式を座標変換する.

    (余力のある人は,球座標系のつりあい方程式(応力成分, \(\sigma_{rr}, \sigma_{r\theta}, \sigma_{r\phi}, \cdots,
\sigma_{\phi\phi}\)を関係づける式)についても導きなさい(図4).

    \epsfile{file=mon2-3.eps,height=6cm} \epsfile{file=mon2-4.eps,height=6cm}
    図3 図4



Akihiro Nakatani 2001-06-25