ON THE CAUCHY STRAIN TENSOR, COMPATIBILITY CONDITIONS, AND DEFINING EQUATIONS OF AN ELASTIC MEDIUM

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Using the example of four-dimensional equilibrium equations for kinetic stresses in Eulerian rectangular coordinates, it is shown that the operator of the four-dimensional Cauchy strain tensor is conjugate (transposed) to the operator of the equilibrium equations. The same connection between the operators of the equilibrium equations and the Cauchy strain tensor also holds in the three-dimensional case. Three variants of the derivation of the conditions for the compatibility of Cauchy deformations are given. In the four-dimensional case, there are 21 compatibility conditions, and in the three-dimensional case, there are six Saint-Venant compatibility conditions. It is shown that the Cauchy strain tensor, both in Eulerian and Lagrangian variables, completely determines the deformed state of a continuous medium. At the same time, no restrictions on the amount of displacements, deformations or rotations are required. The Lagrange-Green and Euler-Almancy tensors, the so-called large or nite deformations, and the displacements are expressed using Cesaro formulas in terms of the Cauchy strain tensor. The de ning equations of an elastic continuous medium relate the Cauchy true stress tensor and the Cauchy strain tensor one to another. Using proper bases in the spaces of symmetric stress and strain tensors, the de ning relations can be written as six separate independent equations containing functions of only one argument. For continuous media with crystallographic symmetries, we can use the bases obtained on the basis of the generalized Hooke’s law.

About the authors

N. I Ostrosablin

Lavrent’ev Institute of Hydrodynamics, Siberian branch, RAS

Author for correspondence.
Email: o.n.ii@yandex.ru

References

  1. Prager W. Einfuhrung in die Kontinuumsmechanik. Birkhauser Verlag. Basel und Stutgart, 1961.
  2. Gol’denblat I.I. Nonlinear problems in elasticity theory. M.: Nauka, 1969, 366 p. [In Russian].
  3. Lurie A.I. Theory of elasticity. Springer Science; Business Media, 2010.
  4. Lurie A.I. Nonlinear theory of elasticity. M.: Nauka, 1980. 512 p. [In Russian].
  5. Pobedrya B.E. On the relations of geometric and physical nonlinearity in the theory of elasticity and the meaning of the vector of movements // Mechanics. Proceedings of National Academy of Sciences of Armenia, 1987. V. 40. № 4. P. 15–26 [In Russian].
  6. Chernykh K.F., Litvinenkova Z.N. Large elastic deformations theory. Leningrad: Izdatel’stvo Leningradskogo universiteta, 1988. 254 p. [In Russian].
  7. Ciarlet P.G. Mathematical Elasticity. V. 1. Three Dimensional Elasticity. North Holland, 1988.
  8. Korobeynikov S.N. Nonlinear deformation of solid bodies. Novosibirsk: Izdatel’stvo SO RAN, 2000. 262 p. [In Russian].
  9. Markin A.A., Sokolova M.Yu. Thermal mechanic of elastoplastic deformation. M.: Fizmatlit, 2013. 320 p. [In Russian].
  10. Brovko G.L. Constitutive relations of continuum mechanics. M.: Nauka, 2017. 432 p. [In Russian].
  11. Rogovoy A.A. [Formalized approach to construction of the deformed solid body. Part 1. Basic equations of continuous media mechanics. Moscow, Izhevsk: Institute of Computer Research, 2021. 286 p. [In Russian].
  12. Ostrosablin N.I. Compatibility conditions of small deformations and stress functions // J. Appl. Mech. Tech. Phys. 1997. V. 38. № 5. P. 774–783. https://doi.org/10.1007/BF02467892
  13. Ostrosablin N.I. On Beltrami–Michell equations and Saint-Venant operator // Dinamika sploshnoy sredy. 2000. V. 116. P. 211–217 [In Russian].
  14. Ostrosablin N.I. On compatibility conditions of small deformations and stress functions // Vestnik Novosibirskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya Matematika, mekhanika, informatika. 2001. V. 1. № 1. P. 67–77 [In Russian].
  15. Pobedrya B.E. Static problem in stresses // Vestnik Moskov. Univ. Ser. 1. Mat. Mekh. 2003. № 3. P. 61–67 [In Russian].
  16. Nikabadze M.U. An eigenvalue problem for tensors used in mechanics and the number of independent Saint-Venant strain compatibility conditions // Moscow Univ. Mech. Bull. 2017. V. 72. № 3. P. 66–69. https://doi.org/10.3103/S0027133017030037
  17. Truesdell C. Invariant and complete stress functions for general continua // Arch. Rational. Mech. Anal. 1959. V. 4. № 1. P. 1–29.
  18. Kilchevsky N.A. Continual systems mechanics // Izbrannye trudy. Kiev: Naukova dumka, 1984. 430 p. [In Russian].
  19. Kilchevskaya E.N., Kilchevsky N.A. Functions of kinetic stresses and the geometry of space in a deformed continuum // Mekhanika sploshnoy sredy i rodstvennye problemy analiza. M.: Nauka. 1972. P. 243–250 [In Russian].
  20. Chernyshev G.N. Mutual generalization of elastic and gravitational eld equations on the basis of solid mechanics // Mech. Solids. 2002. V. 37. № 2. P. 70–81.
  21. Chernyshev G.N. Elasticity, gravity, electrodynamics. M.: Nauka, 2003. 144 p. [In Russian].
  22. Ostrosablin N.I. Functions of kinetic stresses in the mechanics of continuous media // Dinamika sploshnoy sredy. 2007. V. 125. P. 76–116 [In Russian].
  23. Fedorov L.V. Solution of the Dynamic Problem of the Linear Theory of Elasticity // Mech. Solids. 2018. V. 53. P. 609–614. https://doi.org/10.3103/S002565441806002X
  24. Rychlewski J. On Hooke’s law // J. Appl. Math. Mech. 1984. V. 48. № 3. P. 303–314. https://doi.org/10.1016/0021-8928(84)90137-0
  25. Ostrosablin N.I. Functional relation between two symmetric second-rank tensors // J. Appl. Mech. Tech. Phys. 2007. V. 48. P. 734–736. https://doi.org/10.1007/s10808-007-0094-8
  26. Annin B.D., Ostrosablin N.I. Anisotropy of elastic properties of materials // J. Appl. Mech. Tech. Phys. 2008. V. 49. P. 998–1014. https://doi.org/10.1007/s10808-008-0124-1
  27. Duishenaliyev T.B., Zhakypbekov A.B., Chynybayev M.K. On the measures of deformation // Chislennye metody resheniya zadach teorii uprugosti i plastichnosti: Trudy 19 Vserossiyskoy konferentsii, Biysk. Novosibirsk: Parallel’. 2005. P. 121–126 [In Russian].
  28. Duishenaliyev T.B. Nonclassical decisions of the mechanics of the deformable body. M.: Izdatel’stvo MEI, 2017. 400 p. [In Russian].
  29. Sedov L.I. Mechanics of continuous media. World Scientic, 1997. V. 1.
  30. Hahn H.G. Elastizitatstheorie. Grundlagen der linearen Theorie und Anwendungen auf eindimensionale, ebene und raumliche Probleme. B.G. Teubner. Stuttgart, 1985.
  31. Konovalov A.N., Sorokin S.B. The structure of equations of the elasticity theory. Static problem. Novosibirsk, 1986 (Preprint. № 665). 26 p. [In Russian].
  32. Georgievskii D.V. Selected tasks of continuous mechanics. M.: Lenand, 2018. 560 p. [In Russian].
  33. Georgievskii D.V., Pobedrya B.E. The number of independent compatibility equations in the mechanics of deformable solids // J. Appl. Math. Mech. 2004. V. 68. № 6. P. 941–946. https://doi.org/10.1016/j.jappmathmech.2004.11.015
  34. Ostrosablin N.I. A Parametrization of the General Lorentz Group // J. Appl. Ind. Math. 2020. V. 14. P. 743–753. https://doi.org/10.1134/S1990478920040122
  35. Ivlev D.D. To the theory of di erential correspondence in the mechanics of the continuous environment // Izvestiya Inzhenerno-tekhnologicheskoy Akademii Chuvashskoy respubliki, 1996. № 2. P. 5–7 [In Russian].
  36. Ostrosablin N.I. Elasticity eigenvalues and eigenvectors for the materials of crystallographic singonium // Dinamika sploshnoy sredy. 1986. V. 75. P. 113–125 [In Russian].
  37. Ostrosablin N.I. Symmetry classes of the anisotropy tensors of quasielastic materials and a generalized Kelvin approach // J. Appl. Mech. Tech. Phys. 2017. V. 58. P. 469488. https://doi.org/10.1134/S0021894417030129
  38. Ishlinkii A.Yu. Euler description of deformation of one isotropic medium. Applied tasks of mechanics. Part. 1. Mechanics of viscoplastic and not quite elastic bodies. M.: Nauka, 1986. P. 333–336 [In Russian].
  39. Vasiliev V.V., Fedorov L.V. Analogy between the equations of elasticity and the general theory of relativity // Mech. Solids. 2021. V. 56. P. 404–413. https://doi.org/10.3103/S0025654421030134
  40. Vasil’ev V.V., Fedorov L.V. Stress functions in elasticity theory // Mech. Solids. 2022. V. 57. P. 770–778. https://doi.org/10.3103/S0025654422040197
  41. Lurie S., Belov P. Compatibility equations and stress functions in elasticity theory // Mech. Solids. 2022. V. 57. P. 779–791. https://doi.org/10.3103/S0025654422040136
  42. Vasiliev V.V., Fedorov L.V. Principal problems of relativistic mechanics of solids // Mech. Solids. 2023. V. 58. P. 2034–2042. https://doi.org/10.3103/S0025654423700231
  43. Stippes M. A remark on compatibility of strain // ZAMP. 1970. V. 21. № 6. P. 1081–1083.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 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».