trabajo de tensión de un continuo que se deforma uniformemente

Tengo un volumen que se está deformando (usando un esquema explícito de integración de tiempo) uniformemente con gradiente de velocidad L y tensor de tensión σ . Me gustaría determinar el trabajo realizado por la deformación del volumen durante un paso de tiempo Δ t , conociendo los valores actuales y anteriores de L , σ y volumen V .

He visto en alguna parte la fórmula Δ W = t r ( L σ ) V Δ t , pero no sé si es correcto y cómo derivarlo. L σ debería ser la densidad de energía, pero ¿por qué se descartan sus términos no diagonales?

Observación: el esquema de integración en realidad es un salto de rana, pero ignoré el negocio intermedio/en el paso por ahora y supuse que todo son valores en el paso. La fórmula anterior calcularía correctamente el incremento a mitad de paso, leyendo Δ W ( t Δ t / 2 ) = t r ( L ( t Δ t / 2 ) σ ( t Δ t ) + σ ( t ) 2 ) V ( t Δ t ) + V ( t ) 2 Δ t

Respuestas (1)

La idea clave aquí es el concepto de medidas de tensión y velocidad de deformación "conjugadas de potencia". Para el estrés de Cauchy σ , la potencia de tensión viene dada por:

W ˙ / V = σ : D
dónde D es el tensor de tasa de deformación definido como la parte simétrica del gradiente de velocidad.

D = s y metro ( L ) = 1 2 ( L + L T )

La cantidad σ : D da el poder de tensión por unidad de volumen. Por lo tanto, usando el esquema de integración de tiempo explícito:

Δ W Δ t = ( σ : D ) V

La contracción del tensor se puede reescribir como σ : D = t r ( σ T D ) . Esto se observa más fácilmente si lo resuelve en notación de índice:

σ : D = σ i j D i j = ( σ T ) j i D i j = ( σ T ) j i D i k d k j = ( σ T D ) j k d k j = t r ( σ T D )
dónde d k j es el delta de Kronecker.

Debido a la simetría del tensor de tensión, en realidad no es necesario calcular D explícitamente porque σ : D = σ : L .

En resumen, los términos fuera de la diagonal del tensor de tensión tienen en cuenta la nueva energía, pero no es obvio debido a la forma en que la fórmula evalúa el poder de la tensión.