Corrections to the Theory of Elastic Bending of Thin Plates for 2D Models in the Reissner Approximation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Elastic bending stresses and strains in the lithosphere are typically calculated based on the Kirchhoff–Love (thin) plate theory. The criterion for its applicability is the smallness of plate thickness to length ratio. In oceanic plates, due to the buoyant force of the mantle, the main deformations are not uniformly distributed along the plate but are concentrated in the vicinity of the subduction zone. Therefore, the effective length of the bending part of the plate is a few fractions of the actual length, and the criterion of a thin plate is partially violated. In this paper, we analyze the possibility of applying thick plate bending equations. The existing variational theories of 3D bending of thick plates are much more complicated than the Kirchhoff–Love theory, as they involve solving three differential equations instead of one, and have limited application due to their complexity. Since geophysical applications frequently use 2D models, in this paper we analyze in detail the potential and accuracy of the thick plate bending theory for 2D models. After the conversion to the 2D plane strain and plane stress approximation, the original 3D Reissner thick plate bending equations are written out in the form similar to the Kirchhoff equations with additive corrections and are supplemented with the explicit formulas for longitudinal displacement. The comparison of the analytical solutions of the 2D Reissner equations with the exact solutions shows that the 2D approximation only provides a correction for the plate bending function. However, this correction refines the Kirchhoff–Love theory by almost an order of magnitude. At the same time, the solution of the equations in this case turns out to be almost as simple as the solution of the thin plate equations.

About the authors

A. P. Trubitsyn

Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: atrub@yandex.ru
Russia, 123242, Moscow

V. P. Trubitsyn

Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy of Sciences

Email: atrub@yandex.ru
Russia, 123242, Moscow

References

  1. Доннелл Л.Г. Балки, пластины, оболочки. М.: Наука. 1982. 567 с.
  2. Рябенков Н.Г. Асимптотический метод в дискуссии по теории изгиба пластин // Вест. Каз. Энерг. Ун-та. 2012. № 3(14). С. 63–75.
  3. Сухотерин М.В., Барышников С.О., Кныш Т.П. Напряженно-деформированное состояние защемленной прямоугольной пластины Рейсснера // Инженерно-строительный журнал. 2017. № 8(76). С. 225–240.
  4. Теркот Д., Шуберт Дж. Геодинамика. М.: Мир. 1985. 360 с.
  5. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластины и оболочки. М.: Наука, Физматгиз. 1966. 636 с.
  6. Тимошенко С.П. Теория упругости. Л.-М.: ОНТИ. 1937. 433 с.
  7. Тимошенко С.П. Курс теории упругости. 1972. Киев: Наукова Думка. 498 с.
  8. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. М.: Наука. 1979. 560 с.
  9. Трубицын В.П. Изгибные деформации плит в моделях сильных субдукционных землетрясений // Физика Земли 2012. № 2. С. 3–13.
  10. Трубицын В.П., Трубицын A.П. Деформации упругого изгиба в океанических литосферных плитах // Докл. РАН. 2022. Т. 504. № 1. С. 60–64.
  11. Challamel N., Elishakoff Is. A brief history of first-order shear-deformable beam and plate models // Mechanics Research Communications. Elsevier. 2019. V. 102. Article 389.
  12. Reissner E. The effect of transverse shear deformation on the bending of elastic plates // J. Applied Mechanics. 1945. № 1(12). P. 69–77.
  13. Szilard R. Theories and Applications of Plate Analysis: Classical, Numerical and Engineering Methods. John Wiley & Sons Inc. 2004. 1024 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (992KB)
3.

Download (69KB)
4.

Download (21KB)

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».