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解説

異方性線形弾性材料の 弾性定数テンソル $ [[ C^e ]] $ については、 まず、応力、歪みとも対称テンソルなので、


$\displaystyle C^e_{ijkl} = C^e_{jikl}$      
$\displaystyle C^e_{ijkl} = C^e_{ijlk}$     (8.8)

さらに、 $ [[ C^e ]] $ が対称であるから、


$\displaystyle C^e_{ijkl} = C^e_{klij}$     (8.9)

結局、 $ [[ C^e ]] $ の独立な成分は21個となる。

また、 $ [[ B^e ]] $ についても、


$\displaystyle B^e_{ijkl}$ $\textstyle =$ $\displaystyle B^e_{jikl}$  
$\displaystyle B^e_{ijkl}$ $\textstyle =$ $\displaystyle B^e_{ijlk}$  
$\displaystyle B^e_{ijkl}$ $\textstyle =$ $\displaystyle B^e_{klij}$ (8.10)

$ [[ B^e ]] $ の独立な成分は21個となる。

次に、 3つの主軸まわりの回転について弾性挙動が同じになる材料を 直交異方性材料と呼ぶ。 この場合、 弾性定数テンソル $ [[ C^e ]] $ 、 弾性コンプライアンステンソル $ [[ B^e ]] $ の 独立な成分は9つとなる。

弾性歪み $ {}^{t} [ \epsilon^e ] $ を応力 $ {}^{t} [ \sigma ] $ で表わすと、 垂直成分は、


$\displaystyle {}^{t} \epsilon^e_{xx}$ $\textstyle =$ $\displaystyle B^e_{xxxx} {}^{t} \sigma_{xx}
+ B^e_{xxyy} {}^{t} \sigma_{yy}
+ B^e_{xxzz} {}^{t} \sigma_{zz}$  
$\displaystyle {}^{t} \epsilon^e_{yy}$ $\textstyle =$ $\displaystyle B^e_{yyxx} {}^{t} \sigma_{xx}
+ B^e_{yyyy} {}^{t} \sigma_{yy}
+ B^e_{yyzz} {}^{t} \sigma_{zz}$  
$\displaystyle {}^{t} \epsilon^e_{zz}$ $\textstyle =$ $\displaystyle B^e_{zzxx} {}^{t} \sigma_{xx}
+ B^e_{zzyy} {}^{t} \sigma_{yy}
+ B^e_{zzzz} {}^{t} \sigma_{zz}$ (8.11)

せん断成分は、


$\displaystyle {}^{t} \epsilon^e_{xy}$ $\textstyle =$ $\displaystyle B^e_{xyxy} {}^{t} \sigma_{xy}$  
$\displaystyle {}^{t} \epsilon^e_{yz}$ $\textstyle =$ $\displaystyle B^e_{yzyz} {}^{t} \sigma_{yz}$  
$\displaystyle {}^{t} \epsilon^e_{zx}$ $\textstyle =$ $\displaystyle B^e_{zxzx} {}^{t} \sigma_{zx}$  
$\displaystyle {}^{t} \epsilon^e_{yx}$ $\textstyle =$ $\displaystyle B^e_{yxyx} {}^{t} \sigma_{yx}$  
$\displaystyle {}^{t} \epsilon^e_{zy}$ $\textstyle =$ $\displaystyle B^e_{zyzy} {}^{t} \sigma_{zy}$  
$\displaystyle {}^{t} \epsilon^e_{xz}$ $\textstyle =$ $\displaystyle B^e_{xzxz} {}^{t} \sigma_{xz}$ (8.12)

次に、この逆関係をとる。 応力 $ {}^{t} [ \sigma ] $ を弾性歪み $ {}^{t} [ \epsilon^e ] $ で表わすと、 垂直成分は、


$\displaystyle {}^{t} \sigma_{xx}$ $\textstyle =$ $\displaystyle C^e_{xxxx} {}^{t} \epsilon^e_{xx}
+ C^e_{xxyy} {}^{t} \epsilon^e_{yy}
+ C^e_{xxzz} {}^{t} \epsilon^e_{zz}$  
$\displaystyle {}^{t} \sigma_{yy}$ $\textstyle =$ $\displaystyle C^e_{yyxx} {}^{t} \epsilon^e_{xx}
+ C^e_{yyyy} {}^{t} \epsilon^e_{yy}
+ C^e_{yyzz} {}^{t} \epsilon^e_{zz}$  
$\displaystyle {}^{t} \sigma_{zz}$ $\textstyle =$ $\displaystyle C^e_{zzxx} {}^{t} \epsilon^e_{xx}
+ C^e_{zzyy} {}^{t} \epsilon^e_{yy}
+ C^e_{zzzz} {}^{t} \epsilon^e_{zz}$ (8.13)

せん断成分は、


$\displaystyle {}^{t} \sigma_{xy}$ $\textstyle =$ $\displaystyle C^e_{xyxy} {}^{t} \epsilon^e_{xy}$  
$\displaystyle {}^{t} \sigma_{yz}$ $\textstyle =$ $\displaystyle C^e_{yzyz} {}^{t} \epsilon^e_{yz}$  
$\displaystyle {}^{t} \sigma_{zx}$ $\textstyle =$ $\displaystyle C^e_{zxzx} {}^{t} \epsilon^e_{zx}$  
$\displaystyle {}^{t} \sigma_{yx}$ $\textstyle =$ $\displaystyle C^e_{yxyx} {}^{t} \epsilon^e_{yx}$  
$\displaystyle {}^{t} \sigma_{zy}$ $\textstyle =$ $\displaystyle C^e_{zyzy} {}^{t} \epsilon^e_{zy}$  
$\displaystyle {}^{t} \sigma_{xz}$ $\textstyle =$ $\displaystyle C^e_{xzxz} {}^{t} \epsilon^e_{xz}$ (8.14)


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Hiroshi KAWAI 平成15年4月19日