Моделирование упругих волн в блочной среде на основе уравнений континуума Коссера

Автор: Садовский Владимир Михайлович, Садовская Оксана Викторовна, Похабова Мария Александровна

Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm

Статья в выпуске: 1 т.7, 2014 года.

Бесплатный доступ

В структурно-неоднородных средах, состоящих из большого числа упругих блоков, которые взаимодействуют между собой через податливые прослойки, процессы распространения волн напряжений и деформаций приближенно описываются уравнениями континуума Коссера. При малой толщине прослоек применима классическая теория изотропного континуума. С увеличением толщины проявляется эффект анизотропии, который учитывается в рамках теории ортотропного моментного континуума.

Динамика, упругость, анизотропия, блочная среда, податливая прослойка, континуум коссера, параллельный вычислительный алгоритм

Короткий адрес: https://sciup.org/14320708

IDR: 14320708   |   УДК: 539.374   |   DOI: 10.7242/1999-6691/2014.7.1.6

Modeling of elastic waves in a block medium based on equations of the Cosserat continuum

Based on the equations of the dynamics of piecewise-homogeneous elastic media, parallel computational algorithms are developed to simulate the process of stress and strain wave propagation in a medium consisting of a large number of blocks interacting through compliant interlayers. Computations of waves caused by localized impulsive perturbations show that such a medium can be considered as isotropic only in the case of sufficiently thin interlayers. In the case of relatively thick interlayers, the anisotropy effects are observed which consist in the appearance of elongated wave fronts along the coordinate directions and characteristic oscillations of velocities and stresses because of the rotational motion of blocks. For the description of waves in a block medium with thin interlayers, the equations of the isotropic Cosserat continuum are applicable. As the thickness of interlayers increases, the orthotropic couple-stress continuum theory which takes into account the symmetry of elastic properties relative to the coordinate planes can be applied. By comparing the elastic wave velocities in the framework of piecewise-homogeneous model and continuum model and the compliance coefficients of the material in the special schemes of quasistatic deformation with uniform block rotation and with internal curvature formation due to an inhomogeneous rotation, simple formulas are obtained to estimate the mechanical parameters of the orthotropic Cosserat continuum modeling a block medium.

Список литературы Моделирование упругих волн в блочной среде на основе уравнений континуума Коссера

  • Баженов В.Г., Капустин С.А., Торопов В.В., Туровцев Г.В. Моделирование процессов деформирования и разрушения кирпичной кладки//Прикладные проблемы прочности и пластичности. -1997. -№ 56. -С. 53-58.
  • Lourenço P.B., Milani G., Tralli A., Zucchini A. Analysis of masonry structures: review of and recent trends in homogenization techniques//Can. J. Civil Eng. -2007. -V. 34, N. 11. -P. 1443-1457.
  • Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. -М.: Наука, 1973. -343 с.
  • Кунин И.А. Теория упругих сред с микроструктурой. -М.: Наука, 1975. -416 с.
  • Гольдин С.В. Сейсмические волны в анизотропных средах. -Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008. -375 с.
  • Aleksandrova N.I., Chernikov A.G., Sher E.N. Experimental investigation into the one-dimensional calculated model of wave propagation in block medium//J. Min. Sci. -2005. -V. 41, N. 3. -P. 232-239.
  • Садовский В.М., Садовская О.В., Варыгина М.П. Анализ резонансного возбуждения блочной среды на основе уравнений моментного континуума Коссера//РЭНСИТ. -2013. -Т. 5, № 1. -С. 111-118.
  • Варыгина М.П., Похабова М.А., Садовская О.В., Садовский В.М. Вычислительные алгоритмы для анализа упругих волн в блочных средах с тонкими прослойками//Вычислительные методы и программирование. -2011. -Т. 12, № 2. -С. 435-442.
  • Иванов Г.В., Волчков Ю.М., Богульский И.О., Анисимов С.А., Кургузов В.Д. Численное решение динамических задач упругопластического деформирования твердых тел. -Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2002. -352 с.
  • Sadovskaya O., Sadovskii V. Mathematical modeling in mechanics of granular materials. -Ser.: Advanced Structured Materials, V. 21. -Heidelberg-New York-Dordrecht-London: Springer, 2012. -390 p.
  • Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. -М.: Наука, 1979. -744 с.
  • Садовский В.М., Садовская О.В., Варыгина М.П. Численное моделирование пространственных волновых движений в моментных средах//Вычисл. мех. сплош. сред. -2009. -Т. 2, № 4. -С. 111-121.
  • Altenbach H., Altenbach J., Kissing W. Mechanics of composite structural elements. -Berlin-Heidelberg-New York: Springer, 2004. -468 p.
  • Erofeev V.I. Wave processes in solids with microstructure. -New Jersey-London-Singapore-Hong Kong-Bangalore-Taipei: World Scientific Publishing, 2003. -256 p.
  • Ерофеев В.И. Братья Коссера и механика обобщенных континуумов//Вычисл. мех. сплош. сред. -2009. -Т. 2, № 4. -С. 5-10.
  • Ерофеев В.И., Кажаев В.В., Семерикова Н.П. Макромеханическое моделирование упругой и вязкоупругой сред Коссера//Вычисл. мех. сплош. сред. -2009. -Т. 2, № 2. -С. 40-47.
  • Гарагаш И.А., Николаевский В.Н. Механика Коссера для наук о Земле//Вычисл. мех. сплош. сред. -2009. -Т. 2, № 4. -С. 44-66.
  • Корепанов В.В., Кулеш М.А., Матвеенко В.П., Шардаков И.Н. Аналитические и численные решения в рамках континуума Коссера как основа для постановки экспериментов по обнаружению моментных эффектов в материалах//Вычисл. мех. сплош. сред. -2009. -Т. 2, № 4. -С. 76-91.
Еще