Summary
A variational principle of the complementary energy type is derived for an equilibrium state of a finitely deformed elastic body. Trial functions for the actual deformation gradient are used in the formulation of the principle in order to avoid any difficulties arising in the inversion of the stressdeformation gradient relationship. For some equilibrium states the principle becomes a local extremum principle and it can then be used in conjunction with the potential energy principle to provide bounds on the total potential energy. Corresponding principles for elastic materials subject to kinematical constraints are presented. The same approach provides variational principles for infinitesimal deformations superposed on a known finite deformation of an elastic body.
Zusammenfassung
Es wird für den Gleichgewichtszustand eines endlich deformierten elastischen Körpers ein Variationsprinzip des Komplementärenergie-Typs entwickelt. Bei seiner Formulierung werden Versuchsfunktionen für den wirklichen Deformationsgradienten verwendet, um die bei der Umkehrung der Beziehung zwischen der Spannung und dem Deformationsgradienten entstehenden Schwierigkeiten zu umgehen. Für einige Gleichgewichtszustände wird das Prinzip zum lokalen Extremalprinzip, und es kann dann zusammen mit dem Prinzip der potentiellen Energie zur Gewinnung von Schranken für die potentielle Gesamtenergie verwendet werden. Es werden entsprechende Prinzipien für elastische Körper mit kinematischen Bindungen aufgestellt. Das gleiche Verfahren liefert Variationsprinzipien für infinitesimale Verformungen, die der bekannten endlichen Deformation eines elastischen Körpers überlagert sind.
Similar content being viewed by others
References
W. T. Koiter, ‘On the complementary Energy Theorem in Non-linear Elasticity’,Trends in Applications of Pure Mathematics, Ed. G. Fichera, Pitman Publ., London 1976, pp. 207–232.
M. Levinson,The Complementary Energy Theorem in Finite Elasticity, J. Appl. Mech.,32, 826–828 (1965).
B. Fraeys de Veubeke,A New Variational Principle for Finite Elastic Displacements, Int. J. Engng. Sci.,10, 745–763 (1972).
J. Christofferson,On Zubov's Principle of Stationary Complementary Energy and a Related Principle, Report 44, Danish Center for Applied Mathematics and Mechanics, 1973.
C. A. Truesdell, andW. Noll, ‘The Non-linear Field Theories of Mechanics’,Handbuch der Physik, Vol. III/3, Springer-Verlag, Berlin (1965).
R. T. Shield,On the Stability of Linear Continuous Systems, Z. angew. Math. Phys.,16, 649–686 (1965).
T. K. Caughey, andR. T. Shield,Instability and the Energy Criterion, Z. angew. Math. Phys.,19, 485–492 (1968).
S. J. Lee,Variational Principles in Finite Elasticity with Applications, Ph.D. Thesis, University of Illinois at Urbana-Champaign, December 1979. T. & A.M. Report No. 437.
A. E. Green, andJ. E. Adkins,Large Elastic Deformations, Oxford University (1960).
A. E. Green, R. S. Rivlin, andR. T. Shield,General Theory of Small Elastic Deformations Superposed on Finite Elastic Deformations, Proc. Roy. Soc. London A.,211, 128–154 (1952).
R. L. Fosdick, andR. T. Shield, ‘Extremum Principles in the Theory of Small Elastic Deformations Superposed on Large Elastic Deformations’,Progress in Applied Mechanics, Prager Anniv. Vol., MacMillan, London, 1963, pp. 107–125.
M. E. Gurtin, ‘The Linear Theory of Elasticity,’,Handbuch der Physik, Vol. VIa/2, Springer-Verlag, Berlin (1972).
Author information
Authors and Affiliations
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Lee, S.J., Shield, R.T. Variational principles in finite elastostatics. Journal of Applied Mathematics and Physics (ZAMP) 31, 437–453 (1980). https://doi.org/10.1007/BF01590856
Received:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF01590856