Ghostscript wrapper for D:\BBB-ARCH\MTS66\MTS66_t4z2\mts66_t4_z2.pdf M E C H AN I K A TEORETYCZNA I  STOSOWANA 2,4(1966) O  PEWN YM   ZAG AD N IEN IU   KONTAKTOWYM N I E JE D N OR OD N E J  PÓŁPŁASZCZYZN Y  SPRĘ Ż YSTEJ BARBARA  S T A C H   O W I Ć  2,  G WID ON   S Z E F  E R  (KRAKÓW) 1.  Wstę p N iejednorodny  oś rodek  sprę ż ysty  był   przedm iotem  rozważ ań  wielu  autorów.  Mię dzy innymi  klasyczny  problem  F lam an ta  o  rozkł adzie  naprę ż eń  w  pół pł aszczyź nie,  wywoł a- nych sił ą  skupioną ,  dział ają cą   na  brzegu,  dla  oś rodka  niejednorodnego  rozwią zany  został przez  W.  OLSZAKA  i  J.  RYCH LEWSKIEG O  [5] oraz  S.  G .  LECH N ICKIEG O [4]. Oni  też  postawili ogólnie  problem  poszukiwan ia  postaci  niejednorodnoś ci,  okreś lonej  zmiennym  moduł em sprę ż ystoś ci  dla  danego  z  góry  stan u  naprę ż enia. Z adan ie  to  został o  nastę pnie  uogólnione  n a  przypadek  pół przestrzeni przez  N .  A.  Ro- STOWCEWA  [6]. N iektóre typy  niejednorodnoś ci  dla pół przestrzeni rozważ ał   K.  H RU BAN  [2], a pewne  zagadnienie kon taktowe  dla  okreś lonego  typu niejednorodnoś ci omawiał  B.  G .  Ko- REN IEW  [3]. Rys.  1 W  pracy  niniejszej  podam y  rozwią zanie  pł askiego  zagadnienia  kontaktowego  dla jedn ego  i  dwu  sztywnych  stempli  spoczywają cych  bez  tarcia  na  izotropowej,  niejedno- rodnej  pół pł aszczyź nie  sprę ż ystej  (rys.  1), 84 BARBARA  ST AC H O WI C Z ,  G W I D O N   SZ E F E R N iejednorodność  oś rodka  przyjmujemy  w  postaci  dopuszczają cej  radialn y  rozkł ad naprę ż eń. Jak wiadomo  [4] zachodzi to w wypadku,  gdy m oduł   Youn ga jest  typu  E(x,  y) = =   E(r, cos"'(p  =   E Q y"\   0 <  m <  1; wtedy  m am y: d  =   1,  C2 =   0,  6 =   — Bl,  72  =   |/ ( l + m)( l — W/ ł), (2.7)  > • Co J "  2 D la  przemieszczeń  otrzymujemy  wię c  z  (2.4) i  (2.5) (2.9)  0 , ( i Ze zwią zku  (2.6) p o uwzglę dnieniu  wartoś ci  z (2.7)  wynika nastę pują cy  zwią zek  dla  funkcji f  i  0: (2.10)   V '(cp)+  }  f(  prw  , —5  I ' T  Ł 11 + 3  • *  "  I  / - .  r r . —- —s  1 (2.13) (£) jest  poszukiwan ym  naprę ż eniem. P o  wykorzystaniu  (2.13)  lub  (2.12)  dla  ę  =   n/ 2  otrzymamy lub  krócej (3.3) l—um  .  rat  f  / >(!)  , t  u   » 1—  A sin - --   r  v  /,  dl; =   A {x) mn  2  J  x—Ę \ m —a f Ĥ. dB  =  f( X) BARBARA  ST AC H O WI C Z ,  G W I D O N   SZ E F E R nmAx gdzie ( 1— Jest  to  równanie  cał kowe  F redholm a  I  rodzaju  z  ją drem  osobliwym.  C ał ka  w  (3.3) ma  sens jedynie  dla  m  <  1, co jest  wynikiem  przyję tego  typu  nicjednorodnoś ci.  R ówn an ie (3.3) był o badane przez  K.  D .  SAKALIU KA  [7]. Stosują c  przedł uż enie n a  dziedzinę   zmiennej zespolonej,  rozwią zując  pomocniczo zagadnienie  brzegowe  H ilberta- R iem an na  dla  funkcji analitycznych  oraz  sprowadzają c  nastę pnie  zadanie  do  równ an ia  cał kowego  Abela  otrzy- muje  się   rozwią zanie  w  postaci (3.4) gdzie >«..  si n  WOT  d l - m 271 f(t)dt l - m \   2  / s nr s t)5  0,4  Q3  0,2  0.1  0  0,1  Q2  0,3  0,4  0,5 Rzą dne  wykresu należ y  pomnoż yć  przez nm  j Rys.  5 Cał ka  we  wzorze  (3.4)  nie jest  elem entarna  nawet  dla  prostych  postaci  funkcji  f(f)  [a wię c A{t)].  M oż na  ją   obliczyć  jedynie  numerycznie.  D la  'm  ==  1/2  i  A(x)  — A  =*  const  otrzy- mujemy  rozwią zanie,  którego  wykres przedstawiono  n a rys.  5.  (Obliczenia  przeprowadzon o n a  maszynie  cyfrowej  U M C- 1). Z AG AD N I E N I E  K O N T AK T O WE  N I E JE D N O R O D N I ;;  P ÓLP Ł ASZ C Z YZ NY 89 W  dalszym  cią gu  rozpatrzym y  kilka  prostych  przypadków  zagadnienia  odwrotn ego, tzn.  zakł adając  zn an y  rozkł ad  n aprę ż eń  pod  stemplem  wyznaczymy  odpowiadają ce  mu przemieszczenie,  tzn .  kształ t  stem pla. P rzypuś ć my,  że  / ?(£) =   p 0   —  con st.  Otrzymujemy  wtedy  z  (3.3) / 4sin - y- ( l— (J,m)  " J Asm  —(I  — pm) i  po  obliczeniu  cał ek (3.5) J/ I  %  •   n nA(l—fim)sm. - z~ T lili r 1 —YYl D la  A-   >  a  znajdujemy ] t   \ x\ a  mamy (3- 8)  4 W — .  rm A{ \ —  f .  im nm Wykres  dla  m  =   ]/ 2  zamieszczono  n a  rys.  7. w (s)L(|, s) &. 94 BARBARA  STACH OWICZ,  G WID ON   SZEFER Podstawiając  (4.8)  i  (4.10)  do  (4.6)  znajdujemy sm inn p(f)K(l  t)dt- mn  , ctg  — p(t)L (S,  I)dt i  nastę pnie smmT c— J Ctg- j- dt, a  oznaczając (4.11) otrzymamy  ostatecznie (4.12) ctg- p(t)M(i,  t)dt, a  więc równanie  cał kowe  F redholma II rodzaju.  Z uwagi  na  zł oż oną postać ją dra  moż na je  rozwią zać  tylko  numerycznie. Podobnie  jak  w  przypadku  jednego  stempla  rozpatrzymy  jeszcze  prosty  przykł ad wyznaczenia  kształ tu stempli  dla  danego  rozkł adu naprę ż eń. Przypuś ć my,  że / ;(£)  =   p a   = =   const.  Wtedy  z  (4.1) .  nn Po ~~t~m  "ł "  I  7  HI  ~^ ~  ft a  po  obliczeniu  cał ek (4.13)  A{x)  = .  im in- _  - nm l- m - a) 1 - " ] ],  xe[a,  b]. Dla  0 <  x < a (4.14) A{\  — nm l~ w Z AG AD N I E N I E  KON TAKTOWE  N IEJED N OROD N EJ  P ÓŁ P Ł ASZ C Z YZ N Y 95 Dla  x>b A{\ - (4.15)  A(x)  = 2 nm Pa — f u n )  sm- • - r~- [(x+ by-m- (x+ a)l- m~(.x~b) 1- m+ (x- a)1- m], 1  —YYltiul  i  —YYl D la  m =   1/2  wykres  przemieszczeń  ma  postać  jak  n a  rys.  9. % Jf' Rzę dne  wykresu należ y pomnoż yć przez n m R ys.  9 L it erat u ra  cytowana w tekś cie 1.  <$>.  JX.  T AXO B. ,  Kpaeeue  3aóanu,  <3>.  M .  Moci.  M .  M ocKBa. 4 .  C . I \   JlEXH H IiKI- IWj  PaduQAbiioe pacnpedejieHue  nanpnjKemm  e  KAime u  nojiyrwocKocmu  c nepeMen- IIOM ModyMM  ynpyiocmu,  npiiKK.  M aT. M ex. ,  2,  20  (1962),  146- 151. 5.  W.  O LSZ AK ,  J.  R YC H LE WSK I ,  N ichthomogcnitats  -  Probleme  im  elastischen  mid  vorplastischen  Berelchi Óst.  I n g.  Archiv,  15  (1961),  130- 152. 6.  H .  A.  POCTOBHEB, K  meopuu ynpyiocmu  neodhopodiwu cpcdu,  IIpHKJi.  M ax.  M ex.,  4,  23  (1964), 601- 611. 7.  K.  JX.  C AK AJ I I O K ,  O6o6ią enuoe  uumespamnoe ypamenue  AÓSM,  JJOKJI .  AH   C C C P ,  4,  T31  (1960). "  748- 751. 8.  W.  SCH M EID LER, Iiitegratglcichungeii  mit  Anwendungen  in  Physik  mul  T echnik,  Leipzig  1955. P  e 3  IO  M  e O  HEKOTOPOfł   KOHTAKTHOft  3AJ3, IE  flJIM   HEOJ^HOPOAHOH, n o jiym io c K O C T H p ein em ie  KOH T3KTH OH   3aflaqH   flim  OAHoro  I I JI H   flByx  M- CBCTKHX nrraM noB,  nonoHiUHXcn  6e3 Tpeim n  Ha  m o T p o n H o ń ,  HeoflHopoflHOii  yn p yr o it  nojiynjiocKocTH .  H a  ocHOBe  pafliiajifcuoro  pacn pefle- Hanp«>KeHHH   p,nn  cocpeflOTOiieHHOH   cm ibi, fleH CTByiomeii n a  Kpaio,  noc- rpoena  (JjyHKiuM 96  BAR BAR A  ST AC H O WI C Z ,  G W I D O N   SZ E F E R fljiH   HanpfiJKeHHH   u  nepejiemenH H   una  Heofli- iopoflHOCTH   Tuna  E(x,y)  — E a y m .  Bo n p o c  o  KOHiaKTe rmaM na  CBOflmcH   K HHTerpajiŁHOMy  ypaBHCHHio  pe#rojihMa  n ep Bo ro  p o # a  co F IpeflnaraeiCH   pen iem ie  STCTO  ypaBHeHHH.  KpoMC Toro  o6cy>KflaerrcH   HecKOJitKO  n pum epoB  oGpaTHoM T .  e.  RT L SI  n o  3aflaHHOMy  pacnpefleneH H io  iianpHHceiiHft  n o a  uiTamnoM   onpcfleJinioTCH   nepeine- (cpopma  niTaM na). flByx  uiTamnoE  noiiKHO  CBCCTH   K  ypaBn eim io BToporo  p o n a . S  u  m  m  a r y ON   A  CON TACT  PROBLEM   F OR  N ON H OM OG EN EOU S ELASTIC  H ALF - PLANE A  solution  to the contact problem for  one and two rigid punches lying without friction  on the isotropic nonhomogeneous  elastic  half- plane  is  presented.  Starting  from  the  radial  stress  distribution  for  concen- trated force  applied  on the edge, the G reen function  for  stresses and  displacements  is  built  in case  of  non- homogeneity  of  the type  E(x,  y)  — E a y m .  The  contact problem  for  a  punch  is  reduced  to  the Fredholm integral  equation of  the  first  kind with  the kernel of weak  singularity.  The solution of  this equation is given. Also, some examples  of  the inverse  problem  are investigated,  i. e.  the  determination of  the  displacements or  the  shape  of  the  punch  when  the  stresses  under  the  punch  are  assumed. It  is  shown  that the problem  of  the pressure  of  two  punches can  be  reduced to  the  F redholm integral equation  of  the  second  kind. P OLI TEC H N I KA  KRAKOWSKA Praca  został a  zł oż ona  w  Redakcji  dnia  17  grudnia  1965  r.