《Mechanics of Solid Polymers》4.12 观察者变换

文摘   2024-12-24 20:17   江苏  
4.12 观察者变换

        函数及ηc(·)不能采取任意形式。对本构函数的要求之一是它们必须满足物质框架无差异性。也就是说,如果我们首先先施加由F指定的变形场,然后施加旋转Q,则组合变形

不应改变比内能或比熵:

这些方程必须对所有非奇异变形梯度F和所有正交旋转Q成立。如果我们选择Q = RT,那么我们得到的以下必要条件:

现在,如果我们将F = RU代入方程(4.246)和(4.247),我们得到既必要又充分的条件:

因此,为满足框架无差异性,函数不能直接依赖于F,只能依赖于U

        如果我们像之前一样,在物体变形后再施加适当的旋转Q,那么表面牵引矢量和热流矢量也需要旋转:

回想一下柯西应力定理(方程(4.138))中t = σn,这里给出

n* = Qn给出

这必须对任意向量n成立,因此

总之,为满足框架无差异性的要求,应力和热流需要具有以下形式:

这些方程必须对任意正交Q成立。如果我们选择Q = RT,那么我们得到方程(4.255)和(4.256)成立的必要条件:

F = RU代入方程(4.255)和(4.256),我们得到既必要又充分的条件:

以及

也就是说,柯西应力不能直接依赖于F,而必须具有以下形式

以满足物质框架无差异性。同样,热流向量必须由以下形式给出

       这些对本构响应的限制可以在更一般的观察者变换中得到表述。如果有两个观察者观察同一个力学实验或变形事件,那么点之间的测量距离不应依赖于观察者的位置。两个观察者可以通过其坐标系统来指定,这些坐标系统之间的关系为:

其中c是位移,Q是正交张量(旋转)。

如果一个观察者确定在某一特定位置的变形梯度为F,那么第二个观察者在同一位置应该看到变形梯度QF。如果我们现在考虑一个标量场,第一个观察者称之为φ,第二个观察者称之为φ',则

如果我们有一个矢量场,第一个观察者称之为u,第二个观察者称之为u',则

最后,如果我们有一个张量场,第一个观察者称之为A,第二个观察者称之为A',且如果nn'是两个观察者的任意矢量表示,则

但由于n' Qn,我们也得到

这必须对任意n成立,因此A'Q = QA,等价于

如果标量、矢量或张量场满足这些条件,则称它们是客观的,或对观察者变换不变的。

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