§ 11. Оболочки вращения
Разберемся в геометрии поверхности вращения (рис. 29). Меридиан можно задать зависимостью декартовых координат в меридиональной плоскости от длины дуги
Положение самого меридиана на поверхности вращения определяется углом
Рис. 29
Полагая
получим базовое представление
и сразу отметим:
Для ортов касательной и нормали к меридиану (в его плоскости) имеем
Заметим, что к — это кривизна меридиана, а
параллели. Соберем вместе деривационные формулы:
Построим далее базисы, оператор Гамильтона и метрические тензоры:
Теперь рассмотрим дифференцирование вектора
Слагаемые в квадратных скобках — это
Подчеркнута комбинация
Из (11.6) ясен вид тензора
Легко раскрывается и выражение поворота
Осталось расписать дивергенцию тензоров:
Соотношений (11.6) — (11.8) достаточно, чтобы записать всю систему в компонентах
строится подобно
но через
В осесимметричной задаче компоненты не зависят от
уравнения становятся обыкновенными. Изначально равны нулю и
уравнения покажут, что обращаются в нуль и
Сводка нетривиальных равенств такова:
Из уравнений баланса сил вытекает первый интеграл
это необходимое условие равновесия части оболочки между двумя параллелями.
Систему (11.9) можно свести к двум уравнениям для перемещений
Особенности расчета оболочек вращения с различной формой меридиана (конических, сферических, торообразных и др.) очень хорошо освещены в литературе [8, 111].