Файл: Филатов, А. Н. Асимптотические методы в теории дифференциальных и интегро-дифференциальных уравнений.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2024
Просмотров: 111
Скачиваний: 1
С |
— г = |
{ |
Р |
|
{ Ь )в( С..+ |
|
| |
С > |
2 |
|
) |
|
+ + |
т |
|||||
+ ( |
Д „ А |
|
+ |
л |
о |
} |
« |
„ |
+ |
- f |
{(b)1 |
( -4 |
, |
к tm+ |
2 |
) ) |
+ f « „ |
||
|
|
|
|
+ Тля( b ) |
( С + С')]—А п„А п } ■’») |
|
|
|
|
||||||||||
Сг =-- г {(*—РЛл) [ "и (*) ( Ci + Сг) + Т„„ (*)( С + |
|||||||||||||||||||
+ |
+ |
С |
|
) |
|
] |
|
- |
|
|
С |
д { Ья) я ( * |
) ? |
Я 1 |
|
) |
+ |
||
|
|
пп W Т |
|
|
( |
|
|
|
В .+ |
N+) |
|
}41п2 |
|
] |
|||||
|
|
|
|
|
(п, т — 1, 2; |
|
а ф т ) |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(V.3.22) |
|
здесь |
введены |
обозначения: |
|
Ч |
|
|
аат (пЗат ( |
+2 л |
тЩЧ ] |
+ |
* |
32V |
|||||||
_ |
|
|
/ |
*л |
_ |
|
|
|
|
||||||||||
°пп'и>— |
|
|
|
|
|
8рп [1 — а2 (Ь) ] |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
т |
(h\ — |
3 |
( а2 — а2 |
а4 (6)^ |
|
Д |
|
(Ь ) |
а |
— а |
а2 (6) |
. (V.3.23) |
|||||||
— —1__ Т.___ML |
|
|
= — 5____ Ш____— |
||||||||||||||||
'пп\и> |
\bpn [\—^ ( b ) \ , |
|
nn^uf |
|
[1 — а2 (6) ] |
|
|
|
|
||||||||||
Ап = |
J (о (5) cos р п sds > |
О, |
В п = |
J о) (s) sinр п sds > |
0 |
|
|
|
При р = 0, т. е. в случае отсутствия нелинейного вязкого (внутреннего трения) члена в соотношении напряжения—дефор мации, система (V.3.22) имеет вид
С> = - т - [ \ ф ) В п + N] + - jr [( Е2, + С ) т „ (») +
|
|
+ |
1 п |
а л Я |
* |
( ® ) |
( |
( |
C |
l2 |
+ |
С |
г |
4rii |
— |
2 |
п ( |
) |
С |
|
+ |
|
С |
) |
|||
\ |
____ __ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- K n ( b ) A ny |
M - ^ |
[ \ |
n (b)B n + |
N ] i n2 |
|
|
|
||||
|
|
|
(я, /я = 1, 2, |
п ф т ) |
|
|
|
(V.3.24) |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Легко |
видеть, |
что для |
любого |
г^> 0 |
имеются |
интегралы систе |
|
||||||
мы (V.3.24) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,2 0 4
|
С |
+ |
С = |
( |
С + |
^п2 )еХР { “ |
8 [Лл«^ В |
п + |
|
r } |
|
|
^ |
(V.3.25) |
||||||||||
|
Cl + С2 = |
( Cl + С2)еХР {~ 8 [^ г п т Ф ) В т + |
Щ |
Г} |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Следовательно, |
|
используя |
(V.3.25), |
решение |
системы |
|
(V.3.24) |
|||||||||||||||||
можно |
представить |
в виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Кх (г ) = |
[ С cos 0 + |
4 |
Sin О] exp ( - |
гп г ) |
' |
|
|
|
(V.3.26) |
|||||||||||
|
|
|
е,й (г) = [ - |
С |
sin G + l° 2cos О] exp (— 8яг ) |
] |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G - |
|
|
Inn |
( |
С |
+ С |
) |
+ |
|
пп (Ь) ( |
|
X+^л2 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
~ X J b y B ~ ^ N ~ |
|
Дгага (*) Bm + N |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
W ( £ , |
+ $ |
) |
|
|
|
Г4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
||
|
|
|
- |
A |
- |
(b)B n + N |
|
е |
Х Р |
\| |
п -( Ь £) В »[ |
+ |
N ] |
' |
• |
} |
+ |
|
|
|||||
|
|
+ |
'»„<»)(& + € 2) |
|
|
|
гл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
" |
Дmm' |
),B( m* |
+ N |
|
e |
x |
P |
l _ |
e |
|
[ |
i |
m i Vm ] |
( |
r |
* |
l ) +B |
m + |
||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
+ -^m ( b ) A a r |
|
6 = £, А„л (Ь ) B n + N |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
^°t;- (у, у = |
1, |
2) |
— произвольные |
постоянные, |
определяемые из |
||||||||||||||||||
начальных |
условий j. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Из решений (V.3.26) видно, что оно будет асимптотически |
|||||||||||||||||||||||
устойчивым |
при любых |
начальных |
условиях, |
|
если |
только |
||||||||||||||||||
Д |
{р) |
> |
|
N |
|
|
|
1, 2), |
и неограниченно |
возрастающим, |
если |
|||||||||||||
-----б— (я = |
|
|||||||||||||||||||||||
|
Д ь х - |
В i, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
\ |
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|||
|
Соотношения |
(V.3.23) |
показывают, |
что |
Д22 (b ) > |
— |
|
|
при |
|||||||||||||||
Ь < Ъ *\ |
Дц(&)> — |
|
|
при b < |
|
|
( а 2 - |
|
а х) = |
-у^*- |
Ъ* |
где |
||||||||||||
а ( 0 - < а < ; |
1) — корень многочлена |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
{ах— а2а2)2 |
_ |
|
TV^ |
clx—{—л2с^2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
(1 _ |
а2)2 |
|
— |
- Щ J |
1+а2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Так как Дп (b ) = 0 при b = |
6 * :: = |
Я2—й х |
У а ха 2 < |
|
6*, |
то |
для |
||||||||||||||||
критической скорости флаттера пластинки находим |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Vкр = |
ас0 D%z (m4 — и4) (m2 — л2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
4(1 + а2) |
"*-13 т п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
205
Решение (V.3.26) показывает, что частота и фаза колебаний пластинки получают сдвиг, зависящий от нелинейно-вязкой ха рактеристики пластинки, причем влияние нелинейного члена на частоту затухает по экспоненциальному закону во времени.
Заметим, что при р =^0 для получения интеграла типа (V.3.25) системы (V.3.22) необходимо изучить уравнение вида
d z.
d z m
т
|
В п Р |
В |
В f |
|
т “ I |
[ 7Л„ 0 ) ? п + аяя (Ь) z m] + |
Ьа я (Ь) В п + |
N |
z, |
|||||
о |
(b) z . + y (b) z |
1 + |
А |
тт |
Ф) В |
т |
+ N |
т |
|
mm v ' л 1 1mm 4 1 |
т\ |
|
|
|
где
2
/тгг-
Исследование последнего уравнения может быть выполнено качественными методами.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящей работе мы не могли подробно остановиться на некоторых весьма важных исследованиях как теоретического, так и прикладного характера, связанных с построением асимптотиче ских разложений решений различных классов уравнений. В пер вую очередь следует указать на глубокие исследования А. А. До родницына [27—29], особенно на те из них, которые касаются ис пользования метода малого параметра для численного решения уравнений математической физики [29].
Изучению резонансных режимов в нелинейных системах с бы стрыми и медленными переменными применительно к задачам не бесной механики посвящены работы Е. А. Гребеникова [21—25]. Интересные исследования по усреднению систем стандартного вида и систем с быстрыми и медленными переменными, а также по анализу устойчивости резонансных режимов в таких системах выполнены М. М. Хапаевым [133— 135].
Принцип усреднения для дифференциальных уравнений с раз рывной правой частью обосновывается в работах А. М. Самойленко [105— 109]. Усреднение счетных систем дифференциальных урав нений исследовано в работах О. А. Жаутыкова [31]. Его результа ты были обобщены на случай счетных систем интегро-дифферен- циальных уравнений Т. Кадырбековым [46, 47], который рассмотрел также усреднение счетных систем интегро-дифференциальных уравнений с быстрыми и медленными переменными [48] и иссле довал нелинейные колебания вязко-упругих балок [45, 49]. Д. Д. Байнов и Й. М. Стоянов обосновали метод усреднения для стохастических интегро-дифференциальных уравнений [111]. Хоанг Ван Тао рассматривал усреднение нелинейных интегро-дифферен циальных уравнений в частных производных [138].
X. Мовлянкулов рассмотрел усреднение в системах интегродифференциальных уравнений стандартного вида, содержащих кратные интегралы. Полученные результаты применены к исследо
ванию |
ряда нелинейных задач |
теории вязко-упругости [80—85]. |
Б. И. |
Моргунов исследовал |
стационарные резонансные ре |
жимы для некоторых классов интегро-дифференциальных уравне ний с быстрыми и медленными переменными. X. Бегнаев предло жил ряд новых схем усреднения интегро-дифференциальных
207
уравнений [3—5]. А. Г. Умаров исследовал усреднение интегродифференциальных уравнений типа Фредгольма и рассмотрел час тичное усреднение в таких системах [118].
А. А. Ильюшин показал, что методы усреднения интегро-диф- ференциальных уравнений могут быть с успехом применены к ис следованию динамических задач теории вязко-упругости. Им же был выделен класс задач теории вязко-упругости, уравнения ко торых содержат малый параметр. Решению указанного класса задач посвящено много работ. Отметим некоторые из них.
М. А. Колтуновым, В. П. Майбородой и Б. И. Моргуновым ис следована задача о нелинейных колебаниях упруго-вязкого виброзащитного слоя [59, 71, 72]. М. А. Колтунов, Б. И. Моргунов, И. Е. Трояновский и У. Тохтаров решили задачу о нелинейных ко лебаниях вязко-упругого цилиндра, заключенного в упругую обо лочку для случая, когда внутренний радиус цилиндра медленно меняется [116, 117]. В. И. Матяш исследовал явление флаттера упруго-вязкой пластинки и рассмотрел задачу о динамической ус тойчивости упруго-вязких стержней [75, 76]. П. Курбановым изу чены задачи об устойчивости шарнирно опертых упруго-вязких стержней при динамическом нагружении как в линейной, так и в нелинейной постановках [61—63]. Рассмотренные задачи привели к необходимости исследования уравнения Матье при наличии демп фирования [137].
Мы перечислили далеко не все прикладные работы, в которых с помощью методов усреднения решены те или иные задачи теории вязко-упругости. По-видимому, этому вопросу должна быть по священа отдельная книга.
|
|
|
|
|
|
|
ЛИТЕРАТУРА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1. |
Б а й н о в |
|
Д. |
Д. |
Об усреднении в некоторых системах обыкновенных |
|||||||||||||||||
|
дифференциальных уравнений, „Математически весник“, 1968, т. 5, № 1. |
|||||||||||||||||||||
2. |
Б а р б а шин Е. |
А. |
Введение |
в теорию |
устойчивости, |
М., |
„Наука", |
|||||||||||||||
3. |
1967. |
|
X. |
Об |
одном свойстве |
системы |
нелинейных |
интегро-диффе- |
||||||||||||||
Б е г н а е в |
||||||||||||||||||||||
|
ренциальных уравнений стандартного вида, |
„Изв. |
АН УзССР“, сер. |
|||||||||||||||||||
|
физ’-мат., 1970, |
№ 6. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
4. Б е г н а е в |
X. |
Об |
одном свойстве интегро-дифференциальных уравнений |
|||||||||||||||||||
5. |
типа Фредгольма |
стандартного вида, |
ДАН УзССР, 1971, № 2. |
|
|
|
||||||||||||||||
Б е г н а е в |
X. . |
|
Ф и л а т о в |
А. Н. |
Об |
одном |
свойстве интегро-диффе |
|||||||||||||||
|
ренциальных уравнений, ДАН УзССР, |
1970, № |
12. |
|
|
|
трубы при |
|||||||||||||||
6. Б е г н а е в |
X. , |
Э ш м а т о в |
X. |
Колебания |
|
вязко-упругой |
||||||||||||||||
|
протекании через нее жидкости, Труды ордена Трудового |
Красного Зна |
||||||||||||||||||||
|
мени Института кибернетики с ВЦ АН УзССР, |
„Еопросы |
вычислитель |
|||||||||||||||||||
7. |
ной и прикладной |
математики", вып. 16, Ташкент, 1973. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Б о г о л ю б о в |
Н. |
Н. |
О некоторых статистических методах в математи |
|||||||||||||||||||
|
ческой физике, Киев, Изд во АН |
УССР, |
|
1945. |
|
|
|
механике, Сб. |
||||||||||||||
8. Б о г о л ю б о в |
Н. |
Н. |
Теория |
возмущения в нелинейной |
||||||||||||||||||
9. |
трудов ин-та строит, механ. АН УССР, |
|
№ 4, |
Киев, 1950. |
|
|
|
приб |
||||||||||||||
Б о г о л ю б о в |
Н. |
Н., З у б а р е в |
Д. Н. Метод асимптотического |
|||||||||||||||||||
|
лижения для систем с быстро вращающейся |
фазой и его |
применение к |
|||||||||||||||||||
10. |
движению заряженных частиц в магнитном поле, УМЖ. 1955. № 7. |
|
||||||||||||||||||||
Б о г о л ю б о в |
|
Н. |
Н., М и т р о п о л ь с к и й |
|
Ю. А. Асимптотические |
|||||||||||||||||
|
методы в теории нелинейных колебаний, М ., |
„Наука", |
1963. |
|
|
|
||||||||||||||||
11. |
Б о л о т и н |
В. |
|
В. |
Динамическая |
устойчивость |
упругих |
систем, |
М ., |
|||||||||||||
12. |
ГИТТЛ, |
1956. |
|
|
В а с и л ь е в а |
А. Б. , |
Ф е д о р ю к |
М. |
В. |
Асимпто |
||||||||||||
Б у т у з о в |
В. Ф. , |
|||||||||||||||||||||
|
тические методы в теории обыкновенных дифференциальных уравнений, |
|||||||||||||||||||||
|
В кн. „Итоги науки. Математический анализ, |
1967", М., |
ВИНИТИ АН |
|||||||||||||||||||
|
СССР, 1969. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
13. |
Б ы к о в |
Я. В. |
|
О некоторых задачах теории |
интегро дифференциальных |
|||||||||||||||||
14. |
уравнений, Фрунзе, изд. Кирг. гос. ун-та, 1957. |
дифференциальных урав |
||||||||||||||||||||
В а с и л ь е в а |
А. |
Б. |
Асимптотические методы |
|
||||||||||||||||||
|
нений с малым параметром при старшей производной, В кн. |
„Пятая лет |
||||||||||||||||||||
15. |
няя математическая школа", Киев, „Наукова |
думка", |
1968. |
разложения |
||||||||||||||||||
В а с и л ь е в а |
А. |
Б. |
Б у т у з о в |
В. Ф. Асимптотические |
||||||||||||||||||
16. |
решений сингулярно Еозмущенных уравнений, |
М., „Наука", |
1973. |
интегро- |
||||||||||||||||||
В а х а б о в |
Г. |
К вопросу |
обоснования |
метода |
|
усреднения |
для |
|||||||||||||||
17. |
дифференциальных уравнений, УМЖ, т. 21, вып. 6, 1969. |
точек |
у ин |
|||||||||||||||||||
В е д ь Ю. |
А. Достаточные признаки |
отсутствия особенных |
||||||||||||||||||||
|
тегро-дифференциальных уравнений, В сб. |
„Исследования |
по |
интегро- |
||||||||||||||||||
|
дифференциальным |
уравнениям |
в Киргизии", |
|
вып. 3, |
Фрунзе, |
Изд-во- |
|||||||||||||||
18. |
„Илим", |
1965. |
|
|
Метод |
осреднения |
в |
|
теории |
нелинейных |
колебаний,. |
|||||||||||
В о л о с о в |
В. М. |
|
||||||||||||||||||||
|
В кн. „Механика |
в |
СССР |
за |
50 лет", |
т. |
I, М., |
„Наука", |
1968. |
|
|
14-217 |
209 |