Построение решения уравнений теории упругости слоистой полосы на основе принципа сжатых отображений

Дано систематическое изложение модифицированного классического полуобратного метода Сен-Венана как итерационного на примере построения решения дифференциальных уравнений теории упругости для длинной слоистой полосы. Дифференциальные уравнения первого порядка плоской задачи сводятся к безразмерному виду и заменяются интегральными уравнениями относительно поперечной координаты подобно тому, как это делается в методе простых итераций Пикара. При этом в интегральных уравнениях перед знаком интеграла появляется как множитель малый параметр, с помощью которого обеспечивается сходимость решений в соответствии с принципом сжатых отображений Банаха. Уравнения и соотношения упругости преобразовываются к виду, позволяющему вычислять неизвестные последовательно, таким образом, что вычисленные в одном уравнении неизвестные являются входящими для следующего уравнения и т.д. Выполнение граничных условий на длинных краях приводит к обыкновенным дифференциальным уравнениям для медленно и быстро меняющихся сингулярных компонент решения с шестнадцатью эффективными коэффициентами жесткости, определенными интегралами от заданных как ступенчатая функция модулей Юнга каждого слоя. Интегрирование этих обыкновенных дифференциальных уравнений позволяет записать формулы для всех искомых неизвестных задачи, в том числе не определяемые в классической теории балки поперечные напряжения и решения типа краевого эффекта, и выполнить все граничные условия задачи теории упругости на коротких сторонах. Представлено решение трех краевых задач теории упругости полосы: двухслойная полоса со слоями одинаковой толщины и различной толщины и полоса с произвольным числом слоев. Получены формулы для всех неизвестных задачи.

Generation a solution to the equations of elasticity theory for a layered strip basing on the principle of compressed mappings

A systematic presentation of the modified classical semi-inverse SaintVenant method as an iterative one is given on the example of generating a solution to the differential equations of elasticity theory for a long layered strip. The firstorder differential equations of the plane problem are reduced to the dimensionless form and replaced by integral equations with respect to the transverse coordinate, just as it is done in the Picard method of simple iterations. In this case, a small parameter appears in the integral equations before the integral sign as a multiplying factor, which is used to ensure convergence of solutions in accordance with the Banach’s principle of compressed mappings. The equations and elasticity relations are converted to a form that enables to calculate the unknowns consecutively, so that the unknowns being calculated in one equation are the inputs for the next equation, and etc. Fulfillment of the boundary conditions at the long edges leads to ordinary differential equations for slowly and rapidly changing singular components of the solution with sixteen effective stiffness coefficients that are defined by integrals from the given ones as a stepped function of Young's moduli for each layer. Integrating of these ordinary differential equations makes it possible to obtain the formulas for all the required unknowns of the problem, including transverse stresses that are not defined in the classical theory of the beam and solutions of the edge effect type, and to fulfill all the boundary conditions for the elasticity theory problem. The solution of three boundary value problems of the strip elasticity theory is provided such as for a two-layer strip with layers of the same thickness and different thicknesses, and a strip with an arbitrary number of layers. Formulas for all unknowns of the problem are obtained.