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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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

_

 

 

/

_

 

 

 

 

°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