Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Аналитические методы исследования нелинейных краевых задач электромагитоупругости Игболов Саймухаммад Иброхимович

Аналитические методы исследования нелинейных краевых задач электромагитоупругости
<
Аналитические методы исследования нелинейных краевых задач электромагитоупругости Аналитические методы исследования нелинейных краевых задач электромагитоупругости Аналитические методы исследования нелинейных краевых задач электромагитоупругости Аналитические методы исследования нелинейных краевых задач электромагитоупругости Аналитические методы исследования нелинейных краевых задач электромагитоупругости Аналитические методы исследования нелинейных краевых задач электромагитоупругости Аналитические методы исследования нелинейных краевых задач электромагитоупругости Аналитические методы исследования нелинейных краевых задач электромагитоупругости Аналитические методы исследования нелинейных краевых задач электромагитоупругости Аналитические методы исследования нелинейных краевых задач электромагитоупругости Аналитические методы исследования нелинейных краевых задач электромагитоупругости Аналитические методы исследования нелинейных краевых задач электромагитоупругости Аналитические методы исследования нелинейных краевых задач электромагитоупругости Аналитические методы исследования нелинейных краевых задач электромагитоупругости Аналитические методы исследования нелинейных краевых задач электромагитоупругости
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Игболов Саймухаммад Иброхимович. Аналитические методы исследования нелинейных краевых задач электромагитоупругости: диссертация ... кандидата Физико-математических наук: 01.01.02 / Игболов Саймухаммад Иброхимович;[Место защиты: Институт математики им. А.Джураева Академии наукРеспублики Таджикистан], 2016

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Существование и единственность решений нелинейных краевых задач электродинамики и электромагнитоупругости

1.1 О разрешимости нелинейных краевых задач электродинамики 25

1.2 Об исследовании гладкости обобщённых решений краевых задач электродинамики 32

1.3 Существование решений уравнения Максвелла для сред характеризуемых нелинейным законом Ома 37

1.4 О разрешимости краевых задач электромагнитоупругости 44

1.5 Исследование гладкости обобщённых решений нелинейных краевых задач электромагнитоупругости 50

1.6 Доказательство существования и единственности решения начально-краевой задачи электромагнитоупургости, характеризуемой нелинейным законом Гука 54

1.7 Вопросы качественного исследования нелинейных краевых задач электромагнитоупругости с памятью 58

ГЛАВА 2. Волны в однородных и неоднородных нелинейных средах

2.1 Периодические во времени плоские электромагнитные поля в полупространстве с общими материальными уравнениями. 65

2.2 Плоские волны в ферромагнитных и сегнетоэлектрических средах 71

2.3 Бегущее электромагнитное поле в полупространстве с общими материальными уравнениями 75

2.4 Отражение и преломление волны в нелинейных средах 85

2.5 Электромагнитные волны в неоднородном пространстве 91

2.6 Периодические во времени плоские электромагнитоупругие волны в полупространстве 93

2.7 Периодические во времени плоские электромагнитоупругие волны в пластине 100

Заключение 103

Список литературы

Существование решений уравнения Максвелла для сред характеризуемых нелинейным законом Ома

Требуется определить электромагнитное поле в , если в начальный момент известны Е и Н. Задача сводится к нахождению векторов Е и Н, удовлетворяющих в цилиндре Q = П ]0, Т[ (х Є П , t є]0, Г[ ) системе (1.1.1)-(1.1.4), начальным условиям (1.1.7) и граничному условию (1.1.6) на5. В дальнейшем нам понадобятся следующие обозначения: L2(H) — гильбертово пространство вектор-функции со скалярным произведением (и, v) = I uvdx, iiL2(n) = y/(u,u), n з uv = у щ (X)VJ(X), и2 = и- u; i=l W-zifL) — гильбертово пространство вектор-функций со скалярным произведением k=l о W-zifL) — подпространства И СП), плотным множеством в котором являются все непрерывно дифференцируемые векторы, равные нулю в пограничных полосках: X = {Е\Е Є L2(H), divE = О, ET\S = 0), Y = {H\H Є L2(n), divH = 0, Hn\s = 0). Определение 1.1.1. X — есть подпространство L2(H), являющееся замыканием в норме L2(H) непрерывно дифференцируемых соленоидальных векторов Е, у которых ET\S = 0, где ЕТ = Е — пЕп есть тангенциальная составляющая вектора Е на S. Определение 1.1.2. Y— есть подпространство L2(H), являющееся замыканием в норме L2(H) непрерывно дифференцируемых соленоидальных векторов Н, у которых Hn\s = 0, где Нп — нормальная составляющая вектора Н на S. Определение 1.1.3. Обобщённым решением задач (1.1.1)-(1.1.7) назовем пару векторов: Е Є Lm(0,T;X) П Lp(0,T; Lpn), ЯЕІ(0,Г;Г), удовлетворяющих условиям (1.1.7) и тождествам: Т I I [—D(E)ut+J(E)u — Hrotu+Jcru]dxdt = I EQu(x, 0)dx, on n (1.1.8) T I I [B(H)vt + Erotv]dxdt = [i I H0v(x, 0)dx, on n при любых и Є X Г\ L , veY, u(x, T) = 0,v(x,T) = 0. Легко проверить, что классическое решение задач (1.1.1)-( 1.1.7) является обобщённым. Обратно, если относительно обобщенного решения известно, что оно гладкое, то с помощью интегрирования по частям система (1.1.8) очевидным образом сводится к системе (1.1.1)-( 1.1.7).

Лемма 1.1.1. Если , Д, — положительные постоянные, /(") —монотонная вектор-функция, то для решения краевой задачи (1.1.1)-(1.1.7) справедлива априорная оценка: дЯ(02+Е(0 дЯ02+Е0 где с /2 u2{x,t)dx п Доказательство. Умножим формально в rnxlor) уравнения (1.1.1) и (1.1.2) с учётом (1.1.5) на Е и Я соответственно и сложим результаты. Замечая, что I Я rot Е dx = I Ят X Ет ds + I Е rot Я dx = I Е rot Н dx, (1.1.9) п п п п Мы получим, учитывая (1.1.6)-(1.1.7), неравенство t t li\\H(t)\\2Y + \\E(t)\\2x + /іІВДНад dx дЯ02 + \\EQ\\2X + j(JCT E) dr. о 0 Предположим, что c\E\v T(E)E c\E\v, p 2, c,c = const 0, (№i) -KE2), E1 - E2) 0, VElt E2 Є Lp{ny (1±Щ Тогда из последнего неравенства в силу неравенства Юнга вытекает неравенство: /i\\H(t)\\Y + F(t)- + ct I F(T)fpf . dx дЯ02 + еЦЯоІІ + о (1.1.11) t + ij\UcrM\\ wdT. В силу обобщения неравенства Гронуолла-Беллмана [37] и условия монотонности из (1.1.11) получим оценку: MII COIIF + ll(Olli MII OIIF + llolli + " 71 ІІ/ст.(т)ІІьргт T при всех t Є [О, T]. Возвращаясь снова к (1.1.11), получаем: iuH(t) + F(t)- const, (1.1.12) сх означает различные константы. Неравенство (1.1.12) приводит к априорным оценкам: EEL(0fT-fX)nW{0fT;LPw)f Н ELm(0,T;Y), если предположить что її, є, — положительные постоянные, Я0 Є Y, E0EX,JCT. Є // (0,T;LP (Clj). (1.1.13) Теорема 1.1.1. Предположим, что/і, є — положительные постоянные и кроме того, выполнены условия (1.1.9) - (1.1.12). Тогда задача (1.1.1) - (1.1.7) имеет единственное обобщённое решение, когда: ЕЕЬт(0,Т;Х)пЬ?(0,Т;Ьр(п)), Н Е L00 (О, Т; Y), Доказательство. Будем искать Приближённое решение задач (1.1.1)-(1.1.7) в виде [26], [57]:

Чтобы определить из уравнений (1.1.14) функции Cjn(t), и dyn(t), надо задать для них начальные условия. Эти условия мы зададим таким образом, чтобы при t = О En(0) = E0n, E0n - E0 в X при n - oo, Яп(0) = Я0п, Я0п - Я0 в Г при п - оо. По условию теоремы Я0(х) Є 7 принадлежит подпространству L2(fl), а "0(х) ЕХ также принадлежит подпространству L2(H).

Умножая (1.1.14) на qn(t) и din(t) соответственно, и суммируя по і, получаем при учёте (1.1.5), (1.1.6) и (1.1.7) тождество: - Ы\Нп(Ш + e\\En(t)\\x] + j\En\pdx = -(/ст.(О п) п Из последнего тождества вытекает неравенство: t ,\\Нпт + гшті + j\\En(r)\fLPm dxdr ,\\Н0пШ + e\\Ean\\l + О t + /ll/CT(T)ll (n)dT. (1.1.15) V о в силу свойства (1.1.10) и леммы Гронуолла-Беллмана находим: №пШ\\ + \\ЕпШ2х Ы\Щп\\2у + е\\ EonWxl при всех t Є [О, Т], не зависящих от п. Возвращаясь снова к (1.1.15), получаем: 2(v — 1) Pltfn(t) + en(t)2 + — \\En\\pLP(q) const. (1.1.16) Отсюда следует, что tn = Т. Неравенство (1.1.16) означает, что при п -»оо Яп ограничена в Lm(0,T;Y), Еп ограничена в L(o,r; )nLp(o,r; n)). Известно из [38], что пространства L(0, Т;Х)Г\Ьр[0, Т; L ) и L(0, Г; 7) являются сопряжёнными к (0, Т;Х ) + LP \0,T\LP,QA и Z/ O, Г; У), соответственно, значит, из последовательностей {Яп}, {Еп} можно извлечь подпоследовательности {Нк}, {Efc} такие, что Нк Я слабо вЬоо(0,7,;Ю, Еп Е слабо в L00 (О, Г; X) П Lp (О, Т; L?, Y J(Ek) -» х слабо в LP (О, Т; LP (П)). Теперь, переходя в (1.1.14) к пределу при п = к -»оо, при фиксированному получаем: -(ГОІ H, pj) + { f + X, Pj) + Qcr, Pj) = 0, Ґ \ ґдВ(ЕЇ \ (1.1.1/J (rot E, wj) + ( + x, wj) = 0 V/. Так как система {q)j} плотна вХП шл и iwj] плотна в Y , то (1.1.17) имеет место для любых функций и Є X Г\ LPS и v Є Y

Доказательство существования и единственности решения начально-краевой задачи электромагнитоупургости, характеризуемой нелинейным законом Гука

Рассмотрена задача распространения линейно поляризованной плоской электромагнитной волны в полупространстве с общими материальными уравнениями, отражающими нелинейные ферромагнитные и сегнетоэлектрические свойства, нелинейность закона Ома. Приведены постановки краевых задач для полученных нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных. Их приближённые периодические по времени решения разыскиваются по методу Бубнова-Галлеркина в форме, подсказываемой решением линейной задачи. При этом усреднение осуществляется как по временной, так и по пространственной координатам. В первом приближении получены выражения для напряжённо стей электромагнитного поля и энергетических характеристик (поверхностные потери, глубина проникновения, фазовая скорость).

В настоящем параграфе исследуется распространение электромагнитных волн, зависящих от одной пространственной координаты.

Задача определения электромагнитного поля H(z,t), E(z,t) в полупространстве z о по заданной на его поверхности линейно поляризованной составляющей напряжённости магнитного поля Я(0, t) сводится к отысканию периодического по времени решения краевой задачи [38], [56]: дН dD(E) (2.1.1) dz at +т. t о, z о, дН _ _ дВ(Е) dz dt (2.1.2) Я(0, t) = H{t), H(z, t + T) = H(z, t) H{z, t) — 0, H{z, t + T) = H{z, t) z- co с общими материальными уравнениями D = D(F(T), T t), В = В{Н{т), T t), (2.1.3) /=/(E(T), r t). При решении ряда практических задач электроэнергетики наибольший интерес представляют средние за период изменения поля поверхностные потери t E(0, t)H(0, t)dt, (2.1.4) о где T — период изменения поля во времени. Ниже мы остановимся на определении электромагнитного поля поставленной выше задачи для конкретных материальных уравнений (2.1.3), то есть на отыскании периодических решений нелинейной краевой задачи (2.1.1)-(2.1.3).

В простейшем случае линейных материальных уравнений D = єЕ, В = /iH, J = оЕ , где є — диэлектрическая проницаемость, /і — магнитная проницаемость, о — электрическая проводимость, периодическое решение соответствующей линейной краевой задачи выписывается в виде: H(z, t) = у Нп ехр[—klnz] cos(/c2nz — ncdt + (рп), 71=1 (2.1.5) H(z, t) = У Hn ехр[—klnz] cos(k2nz — ncot + (pn), 71=1 где пй)ііНп kln En = Pn = (pn- arctg —. (2.1.6) 4k\ + Щ k2n 2тг Здесь со = 1 т —минимальная частота, Hn и (рп —амплитуда и фаза п — ой гармоники напряженности H(t) H(t) = V Нп cos((pn - na)t). (2.1.7) 71 = 1 Постоянные к1п и к2п, характеризующие соответственно затухание и фазовую скорость распространения плоской волны (2.1.4), определяются из уравнений к\п — Щп + n2o)2[i = 0, 2к1пк2п — па)&[1 = 0. (2.1.8) Два положительных корня этой системы имеют вид к1п,2п = Jy(Vi + 2/n2" +l) . (2.1.9) Приведённое решение линейной задачи представляет собой сумму относительно неискажающих плоских волн, распространяющихся в положительном направлении оси z . Амплитуды этих волн убывают по экспоненциальному закону. Величины обратные к1п и к2п, то есть S = = 1/к1п , v = п(л)/к2п называются соответственно глубинами проникновения п — ой гармоники электромагнитного поля в проводящее полупространство z 0 и фазовыми скоростями распространения. Из (2.1.9) следует, что чем выше временная частота, тем быстрее затухает по мере проникновения в полупространство амплитуда п —ой гармоники поля.

Средние за период поверхностные потери определяются по формуле пк2пНп If toll V"1 к2 -\- к2 О n=l iri Z71 Если на поверхности z = 0 имеется только одна гармоника, то решение линейной задачи будет содержать только одну гармонику. В приведённых формулах знак суммы в этом случае можно опустить, а п принять равным единице. В нелинейном случае любая заданная на поверхности z = О гармоника H(t) порождает все гармоники поля.

Пусть на поверхности полупространства с общими материальными задана только одна гармоника H{t) = Ht cosOi - tot) (2.1.10) Приближённое решение краевой задачи (2.1.1)-(2.1.2),(2.1.10) будем искать в виде, подсказываемом решением линейной задачи [56], [59]: H(z, t) = Ht exp[-ktz] cos{k2z - tot + (pt), E(z,t)=E1exp[—k1z]cos(k2z — tot + ip1), В таком представлении она, очевидно, удовлетворяет краевому условию (2.1.10) при любых значениях постоянных к1,к2,Е1 и ipt. Определим эти постоянные из условия, чтобы дифференциальные уравнения (2.1.1) удовлетворялись приближённо в смысле метода Бубнова-Галеркина. Так как векторы электромагнитного поля предполагаются коллинеарными, то материальные уравнения (2.1.3) можно переписать в виде D = E{\E\)E, В=Ц(\Н\)Н, J = G{\E\)E. (2.1.12) Приближённое решение нелинейной краевой задачи (2.1.1), (2.1.2), (2.1.10) - (2.1.12) будем искать в виде решения линейной задачи (2.1.11) с подлежащими определению постоянными klt k2,ip1 и Е±. Применяя метод линеаризации, получим систему уравнений относительно кг, к2,гр1 и Et

Плоские волны в ферромагнитных и сегнетоэлектрических средах

Рассмотрены вопросы распространения электромагнитных волн в неоднородных нелинейных средах. Приведены постановки краевых задач для получения систем нелинейных дифференциальных уравнений частных производных. Их приближённые периодические во времени решения разыскиваются по методу эквивалентной линеаризации.

Рассмотрим задачу отражения и преломления плоской электромагнитной волны в изотропной нелинейной среде. Расположим декартовую систему координат таким образом, чтобы среды с разными свойствами разделяла плоскость zoy (рисунок): Среда I (полупространство, z 0 ) характеризуется материальными уравнениями поля D = Dt (),/ = J1{E), В = Bt(H), а среда 2 - (полупространство z О) материальным уравнением поля D = D2{E),J=J2{E), В = В2{Н). Предположим, что в первом полупространстве задана падающая линейно поляризованная касательная составляющая напряжённости магнитного поля Я1(0, t), являющаяся периодической функцией времени и удовлетворяющая условию регулярности на бесконечности, т.е. (2.4.1) H1(0 t) = H1(t) = H1(t + T); Ях(+оо,0 = О где Т — период изменения поля во времени. (2.4.2) (2.4.3) Задача определения электромагнитного поля H(z,t) = Я!(г,0 + Яі(г,0, z 0; H z.t), z 0; [H1(z,t) + H[(z,t)l z 0; z 0; в общем случае сводится к отысканию периодических по / решений уравнений Максвелла дН dD(E) дЕ с общими материальными уравнениями (2.4.4) дВ(Н) dt D(t) = D(E(T), T t), /(t) = /((т), г t), fl(t) = Я(Я(т), T t). l j Поле (2.4.2), (2.4.3) полностью определяется скалярными функциями напряжённости электрического E(z,t) и магнитного H(z,t) полей. Материальные уравнения поля (2.4.5), в общем случае, сложны, нелинейны, более того, обладают свойствами линейной и нелинейной памяти.

Необходимо найти соотношения между амплитудами напряжённости электромагнитного поля падающей, отражённой и преломлённой волн. Для этого следует учесть, что на границе раздела, т.е в плоскости z = О, должны выполняться граничные условия непрерывности тенгенциональных составляющих суммарных электрического и магнитного полей: [H z, t) + H[(z, t)]z=0 = H2(z, t)z=_0; [E z.t) + E[(z,t)]\z=0 = ff2(z,t)z=_0. Ниже мы остановимся на определении электромагнитного поля в полупространстве z 0 и z 0 поставленной выше задачи для конкретных материальных уравнений (2.4.5), т.е. на отыскании периодических решений краевой задачи (2.4.1), (2.4.4)-(2.4.6).

2. В простейшем случае материальные уравнения (2.4.5) являются линейными: D{E) = єЕ J{E) = оЕ (2-4-7) В(Н) = (Ш где Niu) = Fu (2.4.8) ІУ2Щ Yi и Ї2 соответственно означают магнитную, электрическую проницаемость или проводимость в первом и во втором полупространствах, а щ (z, t) и и2 (z, t) — соответственно напряжённости магнитного или электрического полей в первом и во втором полупространствах.

Решение поставленной задачи (2.4.1)-(2.4.4), (2.4.6), (2.4.7) будем искать в виде Ei(z, t) = Et exp[-kuz] cos(k2iz - cjt + ipt) „ . „ , , . (2.4.9) Hfe, t) = Ht exp[-kuz] cos(k2iz - cot + p{) с наличием отраженной волны, распространяющейся в полупространстве z 0: E[{z, t) = Е[ exp[fcnz] cos(-/t21z - ot + ip[) H[(z, t) = H[ exp[/t1:Lz] cos(—k21z — a)t + (p[) где од, t и Pi — заданные частота, амплитуда и фаза, постоянные к±1, k2i, Еь Н2, Е[, Н[, фі, (р2, ф і и (р ±, (і = 1,2) подлежат определению. Постоянные klt и k2i , характеризующие соответственно затухание и фазовую скорость распространения плоской волны в соответствующим полупространстве z 0 и z 0, определяются из уравнений

Зная H1( z,t), легко найти Ht{z,t) (і = 1,2) с помощью второго уравнения Максвелла (2.4.4) и третьего материального уравнения поля (2.4.7). Для Ei (z, t) при этом справедливо представление вида: (oHiiii ( klt\ Ei (z, t) = exp [—ktiz] cos \k2iz + ері — arctg -— j lku + k2i (2.4.15) Теперь из условия сопряжения (2.4.6) на границе раздела z = 0 найдем Н2, Н[, ср2 иц) г. Для них справедливо представление вида: H2 = 2Нф1 22+ 12 (fe22 + fe12 2jM12 + ( 12 1+ 22 1jM22+2(fe11fe12+fe12fe22)M1M2 (2.4.16) ер = ер arctq (fc11fc22+fc12fc21)M1M2 , {к12+к22)И-1+\к11к12+к12к22)И-1И-2 (2.4.17) Н1 — Н1 [к22 2 + 12J 1 + ( 11 + 21) 22 2(/с11/с12 + k21k22J 1 2 {к-22 2 + 12J 1 + (л12 1 + 21) 2 + 2( 11 12 + 21 22) 1 2 (2.4.18) , _ - 2(/с11/с12 + к12к22)У-Ф2 ҐООЛ где Р1 — Р1 СІГСІд (Ь12 і 7,22 Л 2 - /7,2 і 7,21 Л 2 ( .4.1У) Соотношения (2.4.16) и (2.4.18) есть формулы Френеля. Замечание 1. Если (Г; -» 0 соотношения (2.4.16)-(2.4.19) примут вид н = 2(1221 н1 = f122 -J221 н . (2 4 20) M1 22 + 2 21 М1 22 + 2 P1 = ?2 = P1 Соотношения (2.4.21) полностью совпадают с формулой Френеля [61]. Замечание 2. Если Д1 = д2 — М, то соотношения (4.16)-(4.19) будут следующие: ы __ о rj / 22 + 12 . 2 1V(fe11 + fe12) 2 + (fe21 + fe22) 2 m2 = m - аг eta 2 5 ; "12 + 22 + к11к12+ 21 "22 П 7J /(fo11 12) + ( 21 22) . 1_ 1V(fe11+fe12)2 + (fe21+fe22)2 P1 — 1 - orctg 2(fc11fc22+fc12fc21) 1,2 ъ- -Ъ-2 Ъ-2 "12+"22 2 "1 1+к-21 3. Предположим теперь, что первое полупространство является ферромагнитным, а второе – линейным, тогда материальные уравнения (2.4.5) можно представить в виде: в(я) = (Ді(ЯіІ)Яі z 0; ІМ2 2 Z 0. (2.4.21) В отличие от линейных постановок краевая задача (2.4.1)-(2.4.4), (2.4.6), (2.4.9), (2.4.10), (2.4.21) не допускает точного решения. Приближённое решение краевой задачи (2.4.1)-(2.4.4), (2.4.6), (2.4.9), (2.4.10), (2.4.22) будем искать по методу эквивалентной линеаризации в виде (2.4.9) и (2.4.10), [62], [63]. Для к1і,к2і,Еі,Н2,Е[,Н[, фі,ф2, ф і и ср х (і = 1,2) , получаем систему нелинейных алгебраических уравнений вида: Лі - =; 2 Дальнейшее исключение ";,#; и в і из системы (2.4.22) с помощью (2.4.25) дает систему двух уравнений для определения постоянных к2і-к22і + а)2єі[Іі(\Ні\) = 0; 2кик2і - ант Щ) = 0. Из третьего и четвертого уравнений системы (2.4.22) с учётом (2.4.26) можно найти Ег,Е2 и Е[ в виде:

Электромагнитные волны в неоднородном пространстве

Итак, определение постоянных в приближённом решении (2.5.4) сводится к отысканию положительных корней кг1, к12, к21 и к22 системы (2.5.6). В общем случае для системы (2.5.6) и (2.5.7) нельзя получить точное решение. Для получения приближённых аналитических решений надо воспользоваться методом последовательных приближений. При этом в качестве нулевых значений для кг1, к12, к21 и к22 можно принять положительные корни системы (2.5.5), соответствующей линейной задаче с электромагнитными характеристиками 1,/i1,a1 в z О и г2,\і2,о2 в z О, являющимися постоянными.

Предположим, что в изотропном однородном полупространстве х 0, под действием электромагнитного поля находится полуограниченный вязкоупругий стержень, в нем распространяются волны. Требуется определить электромагнитное поле в полупространстве и движение вязкоупругого стержня, если задана напряжённость магнитного поля Я (0, t) и Я(0, t) = H{t) = H(t + Т), lim Я(х, t) = О, х (2.6.1) и(х, t + Т) = и(х, t), lim и(х, t) = О, х-»оо где Т —период изменения во времени. Определение H(x,t), E(x,t) и u(x,t) приводит к отысканию периодических по t решений следующей нелинейной краевой задачи [35]: дН _ dD(E) Іґил (2.6.2) дЕ _ дВ(Н) дх dt с общими определяющими уравнениями rx(t) = "Ох(ХЬ Е(т), т t), D(E) = D(E(T), X(T), T t), (2.6.3) ]{E)=J{E{T), T t), BQf) = В(Н(т), T t), где F(x, t) — напряжённость электрического поля, H(x,t)— напряжённость магнитного поля, D(E) — ток проводимости, ох — упругие напряжения, єх — упругие деформации, и(х, t) — перемещение. Ниже мы остановимся на определении электромагнитного поля и движении вязкоупругого стержня поставленной выше задачи конкретных определяющих уравнений (2.6.3), т.е. на отыскании периодических решений нелинейной краевой задачи (2.6.1), (2.6.2).

В простейшем случае определяющие уравнения (2.6.3) для изотропной пьезоэлектрической среды имеют вид [21]: ТХ t х Ь, х —, D(E) = єЕ, (2.6.4) J(E) = оЕ, Я (Я) = цН, где Е, ё, о, є, /і —электромагнитоупругие постоянные, Подставляя (2.6.4) в систему (2.6.2), приходим к системе интегро дифференциальных уравнений с частными производными ц. д2и д2и „дЕ _ дН дЕ (2.6.5) дх dt дЕ _ _ дН дх " dt Периодическое решение краевой задачи (2.6.1) в этом случае выписывается в виде: и(х, t) = У un exp[—klnx] cos(k2nx — ncot + фп), п=1 E(x, t) = У En exp[—klnx] cos(k2nx — nojt + ipn), 71 = 1 CO H(x, t) = У Hn exp[—klnx] cos(k2nx — nojt + (pn). n=l Здесь од = 2тт/Т — минимальная частота, Нп и срп — амплитуда и фаза п —ой гармоники напряжённости H(t) — СО H(t) = У Hncos{(pn — nojt). (2.6.6) 71 = 1 Определим постоянные к1п, к2п, Еп, ип, грп и 7рп по методу эквивалентной линеаризации [58], [64]. В результате получаем систему нелинейных алгебраических уравнений: un[E{kln - kln) + ра)2п2] + п[ (/1п, к2п) cos(i/;n - фп) + +F2(kln, к2п) sm(ipn -фп) = 0 2ипЁк1пк2п + En[F3(kln, к2п) sm(ip - фп) -F4(kln, к2п) cos(i/;n - фп) = О, Hn[kln cos(i/;n - рп) - к2п sm(ipn - рп)] = Епа, Hn[kln sin(i/ n - фп) + к2п cos(i/ n - (рп)] = Ennoj, En[—kln sm(ipn — (рп) + к2п cos(i/ n — (рп)] = Hnnoj[i, (2.6.7) En[kln cos(i/;n - рп) + к2п sm(ipn - рп)] = О, Fi\kin,k2n) = к1п, р2\ 1п 2п) = к-2п 3\ 1п 2п) = к-1п Ч(Ліп 2п) = к-2п Из пятого и шестого уравнений полученной системы (2.6.7) сразу находим (рп = грп + arctg (- ), Е = 1,2 А.ІГІ К1ПТК2П Из третьего и четвертого уравнений системы (2.6.7) с помощью (2.6.8) получаем систему алгебраических уравнений для определения к1п и к2п кщ 2п = fm 2/cln/c2n = fln, (2.6.9) где fln = —П20)2[1, f2n = п(л)/і(а + n(x)(ps ). Разрешив систему (2.6.9), находим к1п и к2п . Единственные положительные корни этих уравнений выписываются соответственно в виде: Лп+/2п±Лп (2-6.10) Зная Еп, Нп, грп, и срп из первых двух уравнений системы (2.6.7), легко можно найти ип и фп: Рп = Рп- arctg Ef2nFi(k1n,k2n) + [Efln + рп2 o2]F1(Jclnk2n) (Efln + pn2a)2)F3(klni k2n) - Ef2nF2(klni k2n) пл/ 4 C ln» 2n) + 3 C ln» 2n) / 4(Aln 2n) n = 7 =—7 sin pn - pn - arctg ————— . tJ2n [snJln \ r3{Kln,K2n)

Перейдем теперь к рассмотрению существенно нелинейных определяющих уравнений. Если проводящее полупространство является ферромагнитным, то: р ди ТХ = Ьх — Ь, Х = —, D(E) = єЕ + єєх, (2.6.11) /() = оЕ, В(Н)=іі(\Н\)Н. Подставляя (2.6.11) в систему (2.6.2), приходим к системе нелинейных дифференциальных уравнений с частными производными: ц. д2и д2и „дЕ _ Ь дх 1 Р д 8 дх дн — гдЕ і /у д2и (2.6.12) дх dt dtdx = _.[ (я)я]. дх dt L v J Его решение должно удовлетворять краевому условию (2.6.1), правую часть которого мы будем рассматривать как периодическую функцию, изменяющуюся по гармоническому закону H(t) = Н0 cos((p - d)t). (2.6.13) В отличие от линейных постановок, краевая задача (2.6.1), (2.6.12), (2.6.13) не допускает точного решения. Ее периодическое во времени приближённое решение будем искать в таком же виде, как и линейном случае и(х, t) = щ ехр[—к±х] cos(k2x — cot + ф), Е(х t) = Еа ехр\—к х] cos(k?x — cot + гр) (2.6.14) Н(х, t) = Н0 ехр[—к±х] cos(k2x — cot + ер) . Приближённое решение этой системы, удовлетворяющее условию (2.6.13), разыскиваем по методу эквивалентной линеаризации в виде (2.6.14).