雷諾應力為什麼是張量?

時間 2021-05-29 23:30:51

1樓:四月是你的謊言

本質上講,任何物理量都是張量(tensor),只不過是幾階的問題。狹義上講,張量是指大於等於2階的張量。至於為什麼,很多人也說了,這取決於你要描述的物理量和幾何結構,因為是圍團,並且這個力和各個面都有關,那就是每個面上三個方向了,也就是3的2次方個分量才能完整的表達這個力在微團上的作用。

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2樓:趙俊雄

不太嚴謹地說,對於固體而言,研究物件是質點,體積無限小,作用在質點上的力改變質點的運動狀態,但運動狀態的改變和作用力作用於質點的「哪個位置」沒關係。

對於流體而言,研究物件是流點。流點體積只能說是充分小,並且流點受到作用力影響,除了運動狀態會改變以外,還會發生形變。因此,外力作用於流點的「哪個位置」就很重要。

進一步分析研究中,我們就採用作用於各個面上的法向應力和切向應力來表徵運動狀態的改變和形變這兩種效果。

既要包含作用力的方向資訊,又要包含作用面的資訊,傳統的向量無法包含那麼多資訊,只能「公升維」成為張量來包含這些資訊了。

3樓:hello hi

首先力是向量,力可以是乙個有限面積的面上合力。應力是力除以面積後在乙個點上的單位面積受力,如果應力和過這個點的面法向一致,這個力就是法向應力,和面本身平行就是切向應力,都不一致的話,也可以強行分解到這兩個方向叫做法向分應力和切向分應力。

不管怎麼弄到這裡力還都是向量,怎麼突然力就變成二階張量了呢?因為你用乙個向量無法完整描述乙個應力在空間的分布。應力的定義依賴你選的面,而空間的面選取是任意的。

好比,乙個材料切開的固定的面上,那好辦,應力在面上各個點上應力都是向量。可是我就是不切,我就問你乙個固定空間點的應力,你咋辦?難不成你要一一枚舉出過這個點的所有平面出來,再分別給出應力?

其實不需要,你只需要取三個正交面,並給出三個正交面上的應力,其他乙個任意面上的應力就有辦法搞出來。假如我說任意面上的應力等於這個任意面和三個正交方向夾角的余弦值乘各自方向的應力值,相當於做個投影加權,你覺得有沒有可能?如果你覺得可能的話,我們剛才的操作,在計算上其實是三個向量的某種線性組合,也可以看成是乙個三乘三矩陣乘三乘一的向量,乘完了變成乙個新的向量。

就是說用三個正交方向應力向量組成的矩陣,乘以夾角向量出來的向量就是我們想要的任意面上的應力向量,你說神奇不神奇。

到這裡,你會發現你想要描述空間乙個點的在任意面上的應力,你可能需要三個正交方向應力向量組成的三乘三矩陣,加上這個任意面和三個正交方向的夾角向量。如果取定正交方向,任意面,那麼夾角向量就自然出來了。只剩下那個三乘三的矩陣,物理的精華的部分都在這裡。

這個三乘三的矩陣可以用來描述乙個點的應力狀況,這玩意就叫應力張量。他比向量多了一階,從張量的角度,他叫二階張量。所以我的感覺是把應力從向量突然變成二階張量很容易讓人犯蒙。

要是改成用二階張量描述空間應力的分布,或者說描述空間應力分布的二階張量都更好點。流體內的應力分布用二階張量就能描述了,雷諾應力是湍流模化時多出的部分,也是一樣。有一些應力需要更階的張量描述,你就可以理解成描述這個複雜應力需要比如三階張量。

建議入門的時候,先別說某某應力是二階張量,而是說這個二階張量描述了這個應力。

4樓:

第一步先明白為什麼應力是張量(因為流體之間有粘性摩擦,所以受力可以存在剪下)。

第二步從方程出發,因為在時間平均操作下,沒法封閉的那一項散布在整個應力表示式內。

所以雷諾應力是張量。

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