Solution of the Föppl – von Kármán equations for square plates

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The present paper develops an approach to obtaining solutions of the Föppl – von Kármán equations for square plates, which are based on direct algebraisation of the boundary-value problem. The solution is obtained in term of expansion into basis of the space of square-integrable function. The system of eigenfunction of a linear self-adjoined operator is used as the basis. The expansion coefficients are defined by the reduction method from an infinite-dimensional system of cubic equations. It allows one to consider the proposed solution as non-linear generalisation of classic Galerkin method.

About the authors

Alexander V. Digilov

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics, Russian Academy of Sciences

Email: digilov@ipmnet.ru
ORCID iD: 0000-0001-6892-7740

Junior researcher of Laboratory of Modelling in Solid Mechanics

Russian Federation, Moscow

Sergey A. Lychev

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: lychevsa@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7590-1389

leading researcher of Laboratory of Mechanics of Technological Processes

Russian Federation, Moscow

References

  1. Föppl A. Vorlesungen über technische Mechanik. Vol. 5. Leipzig: B. G. Teubner Verlag, 1907, 497 p. Available at: https://archive.org/details/vorlesungenbert26fpgoog/mode/2up.
  2. Kármán T. Festigkeitsprobleme im Maschinenbau. Leipzig: B. G. Teubner Verlag, 1910.
  3. Lychev S., Digilov A., Djuzhev N. Galerkin-Type Solution of the Föppl — von Kármán Equations for Square Plates. Symmetry, 2025, vol. 17, issue 1, p. 32. DOI: http://dx.doi.org/10.3390/sym17010032.
  4. Timoshenko S., Woinowsky-Krieger S. Theory of plates and shells. New York; Toronto; London: McGraw-Hill, 1959, 656 p. Available at: https://djvu.online/file/VtgNwUsEoWlyW?ysclid=m60p0jwao912220652. (In Russ.)
  5. Volmir A.S. Flexible plates and shells. Moscow: Gostekhizdat, 1956, 422 p. Available at: https://djvu.online/file/UDisSs9cFCGHW?ysclid=m60pax8mr9205429504. (In Russ.)
  6. Nekhotyaev V.V., Sachenkov A.V. Large deflections of thin elastic plates. Issledovaniya po Teorii Plastin i Obolochek, 1972, no. 8, pp. 42–76. Available at: https://www.mathnet.ru/rus/kutpo437. (In Russ.)
  7. Zhang Y. Large deflection of clamped circular plate and accuracy of its approximate analytical solutions. Science China Physics, Mechanics & Astronomy, 2016, vol. 59, Article number 624602. DOI: https://doi.org/10.1007/s11433-015-5751-y.
  8. Khoa D.N. Calculation of flexible rectangular plates using the method of successive approximation: Candidate’s of Engineering Sciences thesis. Moscow: Moskovskii gosudarstvennyi stroitel’nyi universitet, 2023, 150 p. Available at: https://mgsu.ru/science/Dissoveti/Zashita_dissert/dao-ngok-kkhoa/Dissertatsiya_DaoNK.pdf. (In Russ.)
  9. Panov D.Iu. Application of Acad. B.G. Galerkin’s method to certain nonlinear problems of the theory of elasticity. Prikladnaya Matematika i Mekhanika, 1939, vol. 3, issue 2.
  10. Yamaki N. Influence of Large Amplitudes on Free Flexural Vibrations of Elastic Plates. ZAMM-Journal of Applied Mathematics and Mechanics / Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik, 1961, vol. 41, issue 12, pp. 501–510. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/zamm.19610411204.
  11. Sundara Raja Iyengar K.T., Matin Naqvi M. Large deflection of rectangular plates. International Journal of Non-Linear Mechanics, 1966, vol. 1, issue 2, pp. 109–122. DOI: https://doi.org/10.1016/0020-7462(66)90024-2.
  12. Dai H.H., Paik J.K., Atluri S.N. The Global Nonlinear Galerkin Method for the Analysis of Elastic Large Deflections of Plates under Combined Loads: A Scalar Homotopy Method for the Direct Solution of Nonlinear Algebraic Equations. Computers, Materials and Continua, 2011, vol. 23, no. 1, pp. 69–100. DOI: https://doi.org/10.3970/cmc.2011.023.069.
  13. Dai H.H., Paik J.K., Atluri S.N. The Global Nonlinear Galerkin Method for the Solution of von Karman Nonlinear Plate Equations: An Optimal & Faster Iterative Method for the Direct Solution of Nonlinear Algebraic Equations , using ]. Computers, Materials and Continua, 2011, vol. 23, no. 2, pp. 155–186. DOI: http://dx.doi.org/10.3970/cmc.2011.023.155.
  14. Dai H., Yue X., Atluri S.N. Solutions of the von Kármán plate equations by a Galerkin method, without inverting the tangent stiffness matrix. Journal of Mechanics of Materials and Structures, 2014, vol. 9, no. 2, pp. 195–226. DOI: http://dx.doi.org/10.2140/jomms.2014.9.195.
  15. Wang X., Liu X., Wang J., Zhoue Y. A wavelet method for bending of circular plate with large deflection. Acta Mechanica Solida Sinica, 2015, vol. 28, issue 1, pp. 83–90. DOI: https://doi.org/10.1016/S0894-9166(15)60018-0.
  16. Zhang L., Wang J., Zhou Y.H. Wavelet solution for large deflection bending problems of thin rectangular plates. Archive of Applied Mechanics, 2015, vol. 85, pp. 355–365. DOI: https://doi.org/10.1007/s00419-014-0960-9.
  17. Lurie A.I. Theory of elasticity. Berlin; Heidelberg: Springer Science & Business Media, 2010, 1050 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-540-26455-2.
  18. Ciarlet P.G. Mathematical Elasticity: Three-dimensional elasticity. Elsevier, 1988.
  19. Ciarlet P.G. Mathematical Elasticity, vol. 1: Three-dimensional elasticity. Amsterdam: Elsevier, 1988, 452 p.
  20. Kolmogorov A.N., Fomin S.V. Introductory real analysis. New York: Courier Corporation, 1975, 403 p. URL: https://archive.org/details/IntroductoryRealAnalysis.
  21. Cantor G. Ein beitrag zur mannigfaltigkeitslehre. Journal für die reine und angewandte Mathematik (Crelles Journal), 1878, vol. 1878, issue 84, pp. 242–258. DOI: https://doi.org/10.1515/crelle-1878-18788413.
  22. Koyalovich B.M. A study of infinite systems of linear algebraic equations. Izv. Fiz.-Mat. Inst, 1930, vol. 3, pp. 41–167.
  23. Kantorovich L.V., Krylov V.I. Approximate methods of higher analysis. New York: Dover Publications, 2018.
  24. Levy S. Bending of Rectangular Plates with Large Deflections // NACA Technical Notes, 1942. 19 p. URL: https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc59995.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Cantor function

Download (171KB)
3. Fig. 2. Computational results. Uniform load case

Download (512KB)
4. Fig. 3. Computational results. Polynomial load case

Download (358KB)
5. Fig. 4. Computational results. Nonsymmetry load case

Download (342KB)

Copyright (c) 2024 Digilov A.V., Lychev S.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».