Voigt yozuvi - Voigt notation

Yilda matematika, Voigt yozuvi yoki Voigt shakli yilda ko'p chiziqli algebra vakili qilish usulidir nosimmetrik tensor uning tartibini kamaytirish orqali.^[1] Ushbu g'oyaning bir nechta variantlari va tegishli ismlari mavjud: Mandel yozuvlari, Mandel-Voigt yozuvi va Yangi yozuv boshqalar topilgan. Kelvin yozuvi Helbig tomonidan tiklanishdir^[2] ning eski g'oyalari Lord Kelvin. Bu erdagi farqlar tensorning tanlangan yozuvlariga biriktirilgan ma'lum og'irliklarda yotadi. Nomenklatura dastur sohasida an'anaviy bo'lgan narsalarga qarab farq qilishi mumkin.

Masalan, 2 × 2 nosimmetrik tensor X faqat uchta aniq elementga ega, ikkitasi diagonalda, ikkinchisi diagonali. Shunday qilib uni vektor sifatida ifodalash mumkin

{ displaystyle langle x_ {11}, x_ {22}, x_ {12} rangle}

.

Boshqa misol sifatida:

Stress tensori (matritsa yozuvida) quyidagicha berilgan

{ displaystyle { boldsymbol { sigma}} = chap [{ begin {matrix} sigma _ {xx} & sigma _ {xy} & sigma _ {xz} sigma _ {yx} & sigma _ {yy} & sigma _ {yz} sigma _ {zx} & sigma _ {zy} & sigma _ {zz} end {matrix}} right].}

Voigt yozuvida u 6 o'lchovli vektorga soddalashtirilgan:

{ displaystyle { tilde { sigma}} = ( sigma _ {xx}, sigma _ {yy}, sigma _ {zz}, sigma _ {yz}, sigma _ {xz}, sigma _ {xy}) equiv ( sigma _ {1}, sigma _ {2}, sigma _ {3}, sigma _ {4}, sigma _ {5}, sigma _ {6}) .}

Tabiatdagi kuchlanish tenzoriga o'xshash shtamm tensori - ikkalasi ham nosimmetrik ikkinchi darajali tenzordir - matritsa shaklida berilgan

{ displaystyle { boldsymbol { epsilon}} = chap [{ begin {matrix} epsilon _ {xx} & epsilon _ {xy} & epsilon _ {xz} epsilon _ {yx} & epsilon _ {yy} & epsilon _ {yz} epsilon _ {zx} & epsilon _ {zy} & epsilon _ {zz} end {matrix}} right].}

Voigt notationida uning vakili

{ displaystyle { tilde { epsilon}} = ( epsilon _ {xx}, epsilon _ {yy}, epsilon _ {zz}, gamma _ {yz}, gamma _ {xz}, gamma _ {xy}) equiv ( epsilon _ {1}, epsilon _ {2}, epsilon _ {3}, epsilon _ {4}, epsilon _ {5}, epsilon _ {6}) ,}

qayerda ${ displaystyle gamma _ {xy} = 2 epsilon _ {xy}}$ , ${ displaystyle gamma _ {yz} = 2 epsilon _ {yz}}$ va ${ displaystyle gamma _ {zx} = 2 epsilon _ {zx}}$ muhandislik qirqish shtammlari.

Stress va zo'riqish uchun turli xil tasavvurlardan foydalanishning foydasi shundaki, bu skalar o'zgarmasligidir

{ displaystyle { boldsymbol { sigma}} cdot { boldsymbol { epsilon}} = sigma _ {ij} epsilon _ {ij} = { tilde { sigma}} cdot { tilde { epsilon}}}

saqlanib qolgan.

Xuddi shu tarzda, uch o'lchovli nosimmetrik to'rtinchi darajali tensorni 6 × 6 matritsaga kamaytirish mumkin.

Mnemonik qoida

Oddiy mnemonik qoida Voigt yozuvini yodlash uchun quyidagilar:

Ikkinchi tartibli tenzorni matritsa shaklida yozing (masalan, stress tenzori)
Diagonalni urib tashlang
Uchinchi ustunda davom eting
Birinchi qator bo'ylab birinchi elementga qayting.

Voigt indekslari boshlang'ich nuqtadan oxirigacha ketma-ket raqamlanadi (masalan, raqamlar ko'k rangda).

Mandel yozuvlari

Ikkinchi darajadagi nosimmetrik tensor uchun

{ displaystyle { boldsymbol { sigma}} = chap [{ begin {matrix} sigma _ {11} & sigma _ {12} & sigma _ {13} sigma _ {21} & sigma _ {22} & sigma _ {23} sigma _ {31} & sigma _ {32} & sigma _ {33} end {matrix}} right]}

faqat oltita tarkibiy qism ajralib turadi, uchtasi diagonali, boshqalari esa diagonali emas. Shunday qilib, uni Mandel yozuvida ifodalash mumkin^[3], vektor sifatida

{ displaystyle { tilde { sigma}} ^ {M} = langle sigma _ {11}, sigma _ {22}, sigma _ {33}, { sqrt {2}} sigma _ { 23}, { sqrt {2}} sigma _ {13}, { sqrt {2}} sigma _ {12} rangle.}

Mandel yozuvining asosiy afzalligi - vektorlar bilan ishlatiladigan bir xil an'anaviy operatsiyalardan foydalanishga ruxsat berishdir, masalan:

{ displaystyle { tilde { sigma}}: { tilde { sigma}} = { tilde { sigma}} ^ {M} cdot { tilde { sigma}} ^ {M} = sigma _ {11} ^ {2} + sigma _ {22} ^ {2} + sigma _ {33} ^ {2} +2 sigma _ {23} ^ {2} +2 sigma _ {13} ^ {2} +2 sigma _ {12} ^ {2}.}

To'rtinchi darajadagi nosimmetrik tensor qoniqarli ${ displaystyle D_ {ijkl} = D_ {jikl}}$ va ${ displaystyle D_ {ijkl} = D_ {ijlk}}$ uch o'lchovli kosmosda 81 komponentga ega, ammo faqat 36 komponent alohida ajralib turadi. Shunday qilib, Mandel yozuvida uni quyidagicha ifodalash mumkin

{ displaystyle { tilde {D}} ^ {M} = { begin {pmatrix} D_ {1111} & D_ {1122} & D_ {1133} & { sqrt {2}} D_ {1123} & { sqrt { 2}} D_ {1113} va { sqrt {2}} D_ {1112} D_ {2211} va D_ {2222} va D_ {2233} va { sqrt {2}} D_ {2223} va { sqrt { 2}} D_ {2213} va { sqrt {2}} D_ {2212} D_ {3311} va D_ {3322} va D_ {3333} va { sqrt {2}} D_ {3323} va { sqrt { 2}} D_ {3313} va { sqrt {2}} D_ {3312} { sqrt {2}} D_ {2311} & { sqrt {2}} D_ {2322} va { sqrt {2 }} D_ {2333} & 2D_ {2323} va 2D_ {2313} va 2D_ {2312} { sqrt {2}} D_ {1311} & { sqrt {2}} D_ {1322} va { sqrt {2} } D_ {1333} va 2D_ {1323} va 2D_ {1313} va 2D_ {1312} { sqrt {2}} D_ {1211} & { sqrt {2}} D_ {1222} va { sqrt {2}} D_ {1233} va 2D_ {1223} va 2D_ {1213} va 2D_ {1212} end {pmatrix}}.}

Ilovalar

Notation fizik nomidan olingan Voldemar Voygt & Jon Nay (olim). Masalan, konstruktiv modellarni o'z ichiga olgan hisob-kitoblarda, masalan, umumlashtirilgan materiallarni simulyatsiya qilish foydalidir Xuk qonuni, shu qatorda; shu bilan birga cheklangan elementlarni tahlil qilish,^[4] va Diffuzion MRI.^[5]

Xuk qonuni 81 komponentli (3 × 3 × 3 × 3) nosimmetrik to'rtinchi darajadagi qattiqlik tenzoriga ega, ammo nosimmetrik daraja-2 tenzorga bunday daraja-4 tenzorini qo'llash yana bir nosimmetrik daraja-2 tensorini berishi kerak, 81 ta elementning hammasi ham mustaqil emas. Voigt yozuvlari 4-darajali tensorni shunday bo'lishiga imkon beradi vakili 6 × 6 matritsa bo'yicha. Ammo Voygt shakli kvadratlarning yig'indisini saqlamaydi, bu Xuk qonuni bo'yicha geometrik ahamiyatga ega. Bu og'irliklar nima uchun kiritilganligini tushuntiradi (xaritani tuzish uchun izometriya ).

Voygt notasi va Mandel yozuvlari o'zgarmasligining muhokamasini Helnwein (2001) da topish mumkin.^[6]

Adabiyotlar

^ Voldemar Voygt (1910). Lehrbuch der kristallphysik. Teubner, Leyptsig. Olingan 29-noyabr, 2016.
^ Klaus Xelbig (1994). Seysmik izlanishlar uchun anizotropiya asoslari. Pergamon. ISBN 0-08-037224-4.
^ Jan Mandel (1965). "WT Koiterning plastiklashtirilishi". Qattiq moddalar va tuzilmalar xalqaro jurnali. 1 (3): 273–295. doi:10.1016 / 0020-7683 (65) 90034-x.
^ O.C. Zienkievich; R.L.Teylor; J.Z. Chju (2005). Cheklangan element usuli: uning asoslari va asoslari (6 nashr). Elsevier Butteruort - Xaynemann. ISBN 978-0-7506-6431-8.
^ Maher Moakher (2009). "Diffuzion MRIga tatbiq etilgan to'rtinchi darajali tenzorlar algebrasi". Tensor maydonlarini ko'rish va qayta ishlash. Matematika va vizualizatsiya. Springer Berlin Heidelberg. 57-80 betlar. doi:10.1007/978-3-540-88378-4_4. ISBN 978-3-540-88377-7.
^ Peter Helnwein (2001 yil 16-fevral). "Siqilgan ikkinchi darajali va to'rtinchi darajali tenzorlarning simmetrik siqilgan matritsali vakili to'g'risida ba'zi izohlar". Amaliy mexanika va muhandislikdagi kompyuter usullari. 190 (22–23): 2753–2770. Bibcode:2001CMAME.190.2753H. doi:10.1016 / s0045-7825 (00) 00263-2.

Shuningdek qarang

[1] Voldemar Voygt (1910). Lehrbuch der kristallphysik. Teubner, Leyptsig. Olingan 29-noyabr, 2016.

[Helbig-2] Klaus Xelbig (1994). Seysmik izlanishlar uchun anizotropiya asoslari. Pergamon. ISBN 0-08-037224-4.

[3] Jan Mandel (1965). "WT Koiterning plastiklashtirilishi". Qattiq moddalar va tuzilmalar xalqaro jurnali. 1 (3): 273–295. doi:10.1016 / 0020-7683 (65) 90034-x.

[4] O.C. Zienkievich; R.L.Teylor; J.Z. Chju (2005). Cheklangan element usuli: uning asoslari va asoslari (6 nashr). Elsevier Butteruort - Xaynemann. ISBN 978-0-7506-6431-8.

[5] Maher Moakher (2009). "Diffuzion MRIga tatbiq etilgan to'rtinchi darajali tenzorlar algebrasi". Tensor maydonlarini ko'rish va qayta ishlash. Matematika va vizualizatsiya. Springer Berlin Heidelberg. 57-80 betlar. doi:10.1007/978-3-540-88378-4_4. ISBN 978-3-540-88377-7.

[Helnwein-6] Peter Helnwein (2001 yil 16-fevral). "Siqilgan ikkinchi darajali va to'rtinchi darajali tenzorlarning simmetrik siqilgan matritsali vakili to'g'risida ba'zi izohlar". Amaliy mexanika va muhandislikdagi kompyuter usullari. 190 (22–23): 2753–2770. Bibcode:2001CMAME.190.2753H. doi:10.1016 / s0045-7825 (00) 00263-2.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]