關於張量的理解,以及其與向量的區別

2021-10-24 14:23:52 字數 2085 閱讀 5901

二階n維張量可以理解為n∗n

n*nn∗

n的矩陣,就像n維向量可以理解為n∗1

n*1n∗

1的矩陣一樣。

因為n ∗1

n*1n∗

1的矩陣中,每個矩陣的元素代表的是隱含的基向量的長度,對於基向量的方向,我們是預設的一種表示方法,所以這些基向量線性組合在一起就構成了n維向量。

同理,n∗n

n*nn∗

n的矩陣中,每個元素都隱含著基向量的長度,對於基向量的方向,我們是預設的一種表示方法,但值得注意的是,這裡的基向量是一種組合式的基向量,而不是n維向量中的那種單一式的基向量,而長度也只是其中某乙個向量的長度。

舉個例子:二階張量可以用在平面分析物體受到的應力情況來理解。

[ σx

xτxy

τyxσ

yy]\left[ \begin \sigma _& \tau _\\ \tau _& \sigma _\\ \end \right]

[σxx​τ

yx​​

τxy​

σyy​

​]其中σ xx

\sigma _

σxx​

代表法向量為x軸方向的平面上受到的沿x軸方向的應力大小,這稱之為正應力,顯然這個量的基向量是兩個指向x方向的向量構成,如下所示

但是材料力學中喜歡只寫乙個向量記號,即:

其中τ xy

\tau _

τxy​

代表法向量為x軸方向的平面上受到的沿y軸方向的應力大小,這稱之為切應力,顯然這個量的基向量是乙個指向x方向的向量與乙個指向y方向的向量構成,如下所示

但是材料力學中喜歡只寫乙個向量記號,即:

注意平面法向量和力向量,這兩個向量並不能疊加,因為代表的東西不同,乙個代表力的方向,乙個代表平面的方向。而矩陣中的元素都指的是力的大小,即力向量的長度,也就是之前所說的乙個向量的長度。

同理:

其中σ yy

\sigma _

σyy​

代表法向量為y軸方向的平面上受到的沿y軸方向的應力大小,這稱之為正應力,顯然這個量的基向量是兩個指向y方向的向量構成,如下所示

但是材料力學中喜歡只寫乙個向量記號,即:

其中τ yx

\tau _

τyx​

代表法向量為y軸方向的平面上受到的沿x軸方向的應力大小,這稱之為切應力,顯然這個量的基向量是乙個指向y方向的向量與乙個指向x方向的向量構成,如下所示

但是材料力學中喜歡只寫乙個向量記號,即:

同理這兩個向量並不能疊加。

那麼三階張量就是乙個n∗n

∗nn*n*n

n∗n∗

n的東西了,而這個的含義則可以用空間物體的應力分布情況來理解,每個矩陣元素背後隱含的基向量是三個向量組成的,乙個表示平面的方向,另外兩個表示這個平面上的受力,比如研究法向量為x軸的平面,其上的受力情況有xx,xy,xz,yx,yy,yz,zx,zy,zz,共九種。這裡就不一一贅述了。

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