Hotline:
0888080290
Điện thoại:
0888080290
Cơ học môi trường liên tục
4.5
856
Lượt xem
4
Lượt đọc
Tác giảĐào Huy Bích
ISBN178/xb-qlxb-14
ISBN điện tử978-604-82-5851-1
Khổ sách17 x 24 cm
Năm xuất bản (tái bản)2002
Danh mụcĐào Huy Bích
Số trang306
Ngôn ngữvi
Loại sáchEbook;Sách giấy;
Quốc giaViệt Nam
Xem đầy đủ
Tác giả
Giới thiệu
Mục lục

Trong chương trình đào tạo các ngành có liên quan đến cơ học ở các trường Đại học Tổng hợp và các trường Đại học Kỹ thuật từ trước cho đến những năm gần đây đã trình bày những môn học cụ thể: sức bền vật liệu, lý thuyết đàn hồi, lý thuyết dẻo. cơ học chất lỏng, chất khí, thủy lực, Cơ kết cấu v.v... Các môn đó được trình bày một cách độc lập, đôi phần trùng lặp về khái niệm và kiến thức, mặt khác không nêu được những quan điểm chung về mặt cơ học và vật lý của các đối tượng đó.

Nhằm trang bị cho người học và nghiên cứu cơ học những nguyên lý và quy luật cơ học chung, những phương pháp chung nhất để thiết lập và giải các bài toán cơ học, tạo ra một cách nhìn tổng thể nhất quán về mối quan hệ chặt chẽ giữa các môn học cụ thể nêu trên, đồng thời tiết kiệm thời gian đào tạo, tránh trùng lặp kiến thức, ở nhiều nước đã đưa vào chương trình giảng dạy môn cơ học môi trường liên tục (CHMTLT).

Cơ học môi trường liên tục là một môn khoa học nghiên cứu các chuyền động vĩ mô của môi trường ở thể rắn, lỏng và khí. Ngoài những môi trường vật chất thông thường, CHMTLT còn xét các môi trường đặc biệt như các trường điện từ, bức xạ, trọng trường v.v...

Người ta đưa vào khái niệm cơ bản về môi trường vật chất và các hàm đặc trưng cho môi trường, các hàm này xác định trạng thái bên trong, chuyển động và tương tác của các phần tử môi trường. Thiết lập giữa các hàm này những quan hệ hữu hạn hoặc vi tích phân để mô tả các tính chất vật lý của môi trường, các quy luật mà nó tuân thủ (như bảo toàn khối lượng, xung lượng và năng lượng) và các điều kiện biên; điều kiện ban đầu là đối tượng của CHMTLT.

Về mặt lịch sử CHMTLT phát triển song song với cơ học lý thuyết, ở đó nghiên cứu chuyển động của chất điềm, các hệ chất điểm rời rạc và vật rắn tuyệt đối. CHMTLT đã thừa hưởng những ý tường, những công cụ của cơ lý thuyết, nhưng không phải là tất cả. CHMTLT có hệ tiền đề hóa riêng của nó, có những phương pháp đặc thù đề nghiên cứu tính chất môi trường và phát triển các phương pháp toán học phục vụ cho nó. Những đặc thù đó không thể làm sáng tỏ được bằng các phương pháp của cơ học lý thuyết, không chỉ vì ở chỗ số chất điểm rất lớn, mà còn ở chỗ bản thân thông tin của từng chuyển động của chất điểm đó chưa nói hết về các tính chất vĩ mô của chuyển động của toàn hộ.

Trong CHMTLT vật thể được xem như thực thể, đó là môi trường vật chất lấp đầy liên tục một miền nào đấy hoặc toàn không gian, khoảng cách giữa các điểm của chúng thay đổi trong quá trình chuyển động. Cũng cần chính xác hóa khái niệm điểm, vì nó có thể là điểm không gian, cũng có thể là điểm của môi trường liên tục. Để tránh nhầm lẫn danh từ, ta dùng “điểm” để chỉ vị trí trong không gian cố định, còn phần tử hoặc hạt để chỉ vật chất chứa trong phân tố thể tích vô cùng nhỏ của môi trường liên tục (chất điểm).

Trên quan điểm hiện tượng với ý nghĩa trung bình người ta đưa vào các khái niệm mật độ, chuyển vị và vận tốc, năng lượng trong, nhiệt độ, entrôpi và dòng nhiệt như những hàm vi phân liên tục của tọa độ và thời gian. Người ta còn đưa vào các khái niệm ứng suất, biến dạng và giả thiết tồn tại quan hệ giữa chúng. Trong CHMTLT sử dụng các phương trình cơ bản của động lực học hệ, nhiệt động lực và cơ học thống kê mà trước hết là các định luật bảo toàn khối lượng, xung lượng, năng lượng và cân bằng entrôpi.

Các phương pháp của CHMTLT cho phép đoán nhận với độ chính xác đáng ngạc nhiên những hiện tượng vĩ mô trong thiên nhiên, phân tích và chọn những tham số thiết kế cho các kết cấu công trình, các công cụ máy móc và các quá trình.

CHMTLT là một khoa học khá rộng và phân nhánh, bao gồm lý thuyết đàn hồi, đàn nhớt, nhiệt đàn hồi, dẻo và từ biến, thủy động lực, khí động lực, lý thuyết plasma, động lực học các môi trường với các quá trình không cân bằng, thay đổi cấu trúc và pha chuyển tiếp.

Ứng dụng của CHMTLT cũng khá rộng rãi trong chế tạo máy, xây dựng, luyện kim, tính toán mỏ, nghiên cứu cấu tạo của Trái đất và vũ trụ, dự báo động đất, khí tượng thủy văn và nhiều lĩnh vực khác, chẳng hạn cơ sinh học v.v...

Giáo trình gồm 6 chương: trong chương I trình bày ngắn gọn một số khái niệm cơ bản của phép tính tenxơ được sử dụng trong các chương sau. Những vấn đề động học của môi trường liên tục như chuyển vị, vận tốc, gia tốc của phần tử môi trường, các đại lượng đặc trưng cho sự thay đổi hình học của môi trường (tenxơ biến dạng, tenxơ tốc độ biến dạng) được khảo sát trong chương II.

Chương III trình bày các đặc trưng hiệu quả tương tác bên trong môi trường khi có những tác dụng bên ngoài: tenxơ ứng suất và các đại lượng vật lý khác. Dựa trên các định luật cơ bản và các định lý tổng quát thiết lập những phương trình cơ bản chung cho mọi môi trường liên tục. Đề cập một cách tổng quát về quy luật đối xử của từng môi trường, yếu tố quan trọng khép kín hệ phương trình của bài toán biên CHMTLT.

Chương IV đưa ra một số mô hình kinh điển của môi trường liên tục, đó là phần cơ sở của các môn khoa học quen biết như lý thuyết đàn hồi, cơ học chất lỏng và chất khí. Thiết lập quan hệ giữa ứng suất và biến dạng và lập hệ kín các phương trình của bài toán đối với một số môi trường có tính chất phức tạp như chất lỏng nhớt phi tuyến, lý thuyết dẻo, lý thuyết đàn nhớt....

Đi vào chi tiết đã có những giáo trình tương ứng như Lý thuyết đàn hồi [4], Cơ sở lý thuyết dẻo [5], trong Chương V chỉ trình bày một số vấn đề chung của Nhiệt đàn hồi tuyến tính.

Một lĩnh vực còn ít được giới thiệu là khi khảo sát trạng thái ứng suất của môi trường không sử dụng nguyên lý Cauchy, trong vật thể tồn tại ngoài ứng suất còn mômen ứng suất, hơn nữa tenxơ ứng suất phi đối xứng. Trong chương VI trình bày một môi trường có tính chất như vậy: nhập môn của lý thuyết đàn hồi phi đối xứng.

Cuối mỗi chương có một lượng bài tập thích đáng để người đọc tự kiểm tra kiến thức của mình. Đáp án và chỉ dẫn giải các bài tập được trình bày ở phần cuối cuốn sách. Các công thức, thí dụ, bài tập ở các chương được đánh số bằng hai chữ số, số đầu chỉ chương, số sau chỉ thứ tự. Kết thúc mỗi thí dụ được ghi nhận bằng dấu •.

Sách có thể dùng làm tài liệu học tập cho sinh viên các trường Đại học, tài liệu tham khảo cho các cán bộ kỹ thuật liên quan đến Cơ học.

 

Xem đầy đủ
 

Trang

 

Lời nói đầu

iii

Chương 1. Một số khái niệm cơ bàn trong phép tính

 

tenxơ

1

1.1. Tenxơ trong hệ tọa độ đê các vuông góc

1

1.1.1. Hệ thống ký hiệu

1

1.1.2. Quy ước về chỉ số

1

1.1.3. Hệ thống đối xứng và phản đối xứng

1

1.1.4. Hệ vectơ cơ sở

2

1.1.5. Vectơ hay tenxơ hạng nhất

3

1.1.6. Tenxơ hạng hai. Tenxơ hạng hạng cao

6

1.1.7. Giá trị chính và trục chính của tenxơ đối xứng hạng hai 

9

1.1.8. Phép tính vi phân đối với tenxơ

14

1.2. Tenxơ trong hệ tọa độ cong. Tenxơ metric

16

1.2.1. Hệ tọa độ cong

16

1.2.2. Tenxơ metric của không gian Euclide

18

1.2.3. Định nghĩa tenxơ trong hệ tọa độ cong

21

1.2.4. Tenxơ kết hợp (phép nâng và hạ chỉ số tenxơ)

22

1.2.5. Thành phần vật lý của tenxơ

23

1.2.6. Các phép tính đối với vectơ trong tọa độ cong

24

1.3. Đạo hàm hiệp biến

26

1.3.1. Đạo hàm vectơ cơ sở

26

1.3.2. Đạo hàm của vô hướng 

29

1.3.3. Đạo hàm hiệp biến của một vectơ (tenxơ hạng nhất)

29

1.3.4. Đạo hàm hiệp biến của tenxơ hạng bất kỳ

30

1.3.5. Đạo hàm hiệp biến cấp cao

32

1.3.6. Các công thức đối với vectơ

34

Bài tập chương I

36

Chương II. Động học các môi trường liên tục

40

2.1. Các khái niệm chung. Phương pháp biểu diễn chuyển động

 

của môi trường liên tục

40

2.1.1. Khái niệm chung

40

2.1.2. Nghiên cứu chuyển động theo Lagrange và Euler

40

2.1.3. Vận tốc, gia tốc

44

2.1.4. Đạo hàm vật chất theo thời gian của phân tố thể tích,

 

phân tố mặt và phân tố đường, của tích phân khối,

 

tích phân mặt và tích phân đường

54

2.2. Tenxơ biến dạng

56

2.2.1. Biến dạng tại lân cận điểm môi trường liên tục. Tenxơ

 

biến dạng hữu hạn

56

2.2.2. Biểu diễn tenxơ biến dạng qua các thành phần chuyển vị

59

2.2.3. Tenxơ biến dạng nhổ

63

2.2.4. Điều kiện tương thích biến dạng

78

2.3. Tenxơ tốc độ biến dạng

80

Bài tập chương II

85

Chương III. Động lực học các môi trường liên tục

90

3.1. Trạng thái ứng suất

90

3.1.1. Mật độ khối lượng. Lực khối, Lực mặt

90

3.1.2. Tenxơ ứng suất

91

3.1.3. Cân bằng lực và mômen. Tính đối xứng của tenxơ ứng suất

95

3.1.4. Trục chính và ứng suất chính

97

3.1.5. Ứng suất tiếp chính

99

3.1.6. Mặt ứng suất

105

3.1.7. Phân tích tenxơ ứng suất thành tenxơ lệch và tenxơ cầu

107

3.2. Định luật bảo toàn khối lượng. Phương trình liên tục

110

3.3. Định lý biến thiên động lượng. Phương trình chuyến động,

 

phương trình cân bằng của môi trường liên tục

112

3.3.1. Phương trình chuyển động trong hệ tọa độ đêcac vuông góc

112

3.3.2. Phương trình chuyển động trong hệ tọa độ cong

113

3.4. Định lý biến thiên mô men động lượng

115

3.5. Bảo toàn năng lượng: Định luật thứ nhất của nhiệt động

 

lực học. Phương trình năng lượng

116

3.5.1. Một số khái niệm cơ bản

116

3.5.2. Định luật bảo toàn năng lượng cơ học

117

3.5.3. Định luật thứ nhất của nhiệt động lực học. Phương trình

 

năng lượng

119

3.5.4. Định luật truyền nhiệt Fourier

122

3.6. Entrôpi. Định luật thứ hai nhiệt động lực học. Bất đẳng

 

thức Clausius. Hàm hao tán

122

3.6.1. Định luật thứ hai nhiệt động lực học

122

3.6.2. Tiêu chuẩn không thuận nghịch. Bất đẳng thức Clausius

125

3.6.3. Hàm hao tán

127

3.7. Hệ kín các phương trình của Cơ học môi trường liên tục

128

3.8. Cách đặt bài toán CHMTLT và điều kiện biên

130

Bài tập chương III

132

Chương IV. Một số mô hình của môi trường liên tục

137

4.1. Lý thuyết đàn hồi tuyến tính

138

4.1.1. Định luật Hooke mở rộng

138

4.1.2. Cách đặt bài toán lý thuyết đàn hồi

144

4.2. Nhiệt đàn hồi tuyến tính

147

4,3. Chất lỏng và chất khí lý tưởng

149

4.3.1. Chất lổng (khí) lý tưởng nén được

149

4.3.2. Chất lỏng lý tưởng không nén được

150

4.3.3. Chất lỏng lý tường barôtrôp

151

4.3.4. Khí loãng lý tưởng

152

4.4. Chất lỏng nhớt tuyến tính

154

4.4.1. Phương trình xác định của chất lỏng nhớt. Chất lỏng

 

nhớt tuyến tính Newton

154

4.4.2. Cách đặt bài toán của chất lỏng Newton

156

4.4.3. Khái niệm về dòng chảy dừng, dòng chảy xoáy, dòng

 

chảy có thế

161

4.5. Các mô hình quen biết của môi trường có tính chất phức tạp

162

4.5.1. Chất lỏng nhớt phí tuyến

163

4.5.2. Môi trường cứng dẻo lý tưởng đẳng hướng Saint- Venant

165

4.5.3. Môi trường nhớt dẻo lý tưởng đẳng hướng

166

4.5.4. Môi trường rời lý tưởng không nén được

167

4.6. Biến dạng đàn dèo nhỏ của vật thể rắn đẳng hướng ban đầu

169

4.6.1. Lý thuyết biến dạng đàn dèo nhổ

169

4.6.2. Lý thuyết chảy dẻo

171

4.7. Lý thuyết đàn hồi nhớt tuyến tính

173

4.8. Ảnh hường của trường điện từ

177

Bài tập chương IV

182

Chương V. Một số vấn đề của lý thuyết nhiệt đàn hồi

191

5.1. Phương trình vi phân nhiệt đàn hồi và phương pháp giải

191

5.1.1. Hệ phương trình cơ bàn

191

5.1.2. Phương pháp giải

193

5.2. Định lý biến phân nhiệt đàn hồi

198

5.2.1. Thiết lập định lý biến phân

198

5.2.2. Định lý năng lượng cơ bản nhiệt đàn hồi

200

5.2.3. Định lý duy nhất nghiệm của bài toán nhiệt đàn hồi

201

5.3. Sóng phẳng điều hòa

202

5.4. Sóng trụ và sóng cầu

208

5.5. Bài toán của lý thuyết ứng suất nhiệt

211

5.5.1. Bài toán tĩnh ứng suất nhiệt

211

5.5.2. Bài toán tựa tĩnh ứng suất nhiệt

219

5.5.3. Bài toán động lực ứng suất nhiệt

220

Chương VI. Lý thuyết đàn hồi không đối xứng

225

6.1. Phương trình chuyển động

225

6.2. Quy luật bảo toàn năng lượng, Cân bằng entropi

228

6.2.1. Phương trình năng lượng

228

6.2.2. Cân bằng entropi

229

6.3. Phương trình xác định

230

6.4. Phương trình truyền nhiệt và phương trình chuyển động

 

theo chuyển vị

’232

6.4.1. Phương trình truyền nhiệt

232

6.4.2. Phương trình chuyển động theo chuyển vị

233

6.5. Phương trình tương thích

234

6.6. Phương trình sóng

236

6.7. Nguyên lý công ảo

238

6.8. Định lý tổng quát của động lực đàn hồi không đối xứng

241

6.8.1. Định lý náng lượng trong điều kiện đoạn nhiệt

241

6.8.2. Nguyên lý Hamilton

242

6.9. Định lý biến phân trong lý thuyết đàn hồi tĩnh không đối xứng

243

6.9.1. Định lý cực tiểu thế năng toàn phần

243

6.9.2. Định lý cực tiểu năng lượng phụ

247

6.10. Nghiệm của phương trình vi phân chuyển động

250

6.11. Sóng phẳng

253

6.12. Bài toán tĩnh của lý thuyết đàn hồi phi đối xứng

255

6.13. Lý thuyết ứng suất nhiệt

257

6.14. Bài toán hai chiều của lý thuyết ứng suất nhiệt

259

Đáp số và chi dẫn

264

Chương I

264

Chương II

267

Chương III

273

Chương IV

276

 

Xem đầy đủ
Bình luận
0/1500 ký tự
Thống kê
Số thành viên:
0
Đang trực tuyến:
0
Khách:
0
Số lượng sách:
4989