On finite anti-plane shear for compressible elastic circular tube

Knowles' theorem for anti-plane shear of compressible, homogeneous, isotropic elastic materials in finite elastostatics is used to determine some restrictions on a strain-energy density function characterizing materials for which two anti-plane shear problems of a circular tube are then solved exactly.

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Resumé Le theorème de Knowles pour le cisaillement anti-plane de matériaux compressibles, homogénes, isotropes, élastiques en élastostatique finie est utilisé afin de déterminer certaines restrictions sur un fonction-densité d'énergie de déformation caractérisant des matériaux pour lesquels deux problèmes de cisaillement anti-plan d'un tube circulaire sont alors résolus exactement.

     

Etude viscosimétrique des effets structuraux du cation calcium sur des solutions contenant l'anion alginate

Résumé Le comportement en viscosité sous différentes vitesses de cisaillement, à différentes températures, de solutions d'alginate de sodium à des concentrations variant entre 0,05% et 1%, auxquelles on a ajouté du chlorure de calcium en quantité variable, est qualitativement toujours le même; pour des quantités croissantes de chlorure de calcium, à concentration fixe en alginate de sodium, à une phase de dépression de la viscosité succède une phase de croissance très rapide, suivie à nouveau d'une phase de décroissance. Dans la première phase les variations de la viscositè avec la vitesse de cisaillement sont représentables par un modèle répondant à la Théorie d'Eyring; dans les phases suivantes l'écoulement est représenté par une loi du type =a^b avec b<0. Cette différence dans le mode d'écoulement tiendrait à l'apparition, à partir d'une concentration en chlorure de calcium suffisante, d'une structure tridimensionelle plus ou moins stable suivant la concentration en ions calcium.Discours prononcé lors du congrès annuel des rhéologues allemands à Berlin le 9 juin, 1966.     

Loss of contact between an elastic layer and half-space

The plane problem of smooth contact between an elastic layer and a half-space is analyzed. The layer is pressed against the half-space by a uniform load applied over its entire surface except for one region of finite length. The solution is given as the sum of solutions to two plane problems, one of which is known a priori. The analysis of the other problem leads to an inhomogeneous Fredholm integral equation for an auxiliary function that is related to the contact pressure. The boundedness of the contact stress at the end of the contact is used to determine the region of separation. The integral equation is solved numerically and the relevant physical quantities are computed and presented in the form of curves.

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Résumé On analyse le problème du contact glissant entre une couche élastique et un demi-espace. La couche est pressée sur le demi-espace par une charge uniforme appliquée à sa surface entière, à l'exception d'une région de longueur finie. La solution est donnée comme une somme des solutions de deux problèmes plans, dont l'une est connue à priori. L'analyse de l'autre est amené à une équation intégrale non-homogène de Fredholm pour une fonction auxiliaire qui dépend de la pression de contact. Le fait que la pression du contact ne peu pas être infinie aux extrémités du contact est utilisé pour déterminer la région de séparation. L'équation intégrale est résolue de façon numérique et les quantités physiques importantes sont calculées et présentées en forme des courbes.

     

Comportement des matériaux plastiques parfaits,non visqueux

Résumé Dans une première partie, partant d'une relation générale entre contraintes, vitesses de déformations et masse spécifique, nous démontrons l'existence d'une surface d'écoulement (critère d'écoulement en contraintes). Dans une deuxième partie, nous proposons une loi d'écoulement. Celle-çi admet comme cas particuliers: la théorie du potentiel plastique pour les matériaux incompressibles à critère d'écoulement indépendant de la contrainte moyenne, la théorie deBrown etGudehus pour les matériaux compressibles à critère d'écoulement indépendant de la contrainte moyenne, et la théorie de la courbe intrinséque (cisaillement selon un plan) pour les matériaux à critère d'écoulement indépendant de la contrainte intermédiaire.Avec 3 figures     

Maximum principles and pointwise error estimates for torsion of shells of revolution

This paper is concerned with the question of assessing the quality of approximate thin shell solutions for the problem of axisymmetric torsion of elastic shells of revolution, an issue previously considered by Ho and Knowles [1]. In both works, the objective is to obtain pointwise estimates, based on the three-dimensional theory of elasticity, for the errors involved in using an approximate shell theory.The mathematical problem is that of obtaining explicit pointwise gradient estimates for the solutions of homogeneous and nonhomogeneous second-order uniformly elliptic equations, an issue of interest beyond the present context. In contrast to arguments using energy inequalities, here we apply a technique based on maximum principles for such equations.The particular examples of cylindrical, spherical and conical shells of revolution are discussed in detail. In the former two cases, it is shown that the shell theory solution is in fact an exact elasticity solution in the Saint-Venant sense. Asymptotic error estimates for general shells of revolution are also given.

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Résumé L'étude çi-dessous traite de la qualité de l'approximation des coques minces appliquée aux problèmes de torsion asymétrique des coques élastiques de révolution, problème déjà considéré par Ho et Knowles [1].L'objectif des deux études est d'évaluer en chaque point, par la théorie de l'élasticité en trois limensions, les erreurs conséquentes à l'utilisation de la théorie de l'approximation des coques.Le problème mathématique consiste à obtenir une estimation explicite en chaque point des gradients pour les solutions d'équations elliptiques uniformes du deuxième ordre, homogènes et non-homogènes, problème d'un interêt qui dépasse le présent contexte. Nous utilisons ici une technique basée sur le principe du maximum pour de telles équations, par contraste avec les raissonnements utilisant des thegalités énergétiques.Les exemples particuliers des coques de révolution cylindriques, sphériques et coniques sont discutés en détail. Dans les deux premiers cas, nous montrons que la solution par la théorie des coques est en fait une solution exacte dans le sens de Saint-Venant. Des estimations asymptotiques des erreurs dans le cas de coques de révolution plus générales sont également données.

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Paper presented at the 6th Canadian Congress of Applied Mechanics (CANCAM 77), The University British Columbia, Vancouver, May 30–June 3, 1977.     

A uniqueness theorem in the theory of Cosserat surface

Within the scope of the non-isothermal theory of an elastic Cosserat surface and for a system of linear equations characterizing the initial mixed boundary-value problems of thermoelastic shells, a uniqueness theorem is obtained without the use of definiteness assumption for the free energy. The theorem holds for nonhomogeneous and anisotropic shells undergoing small motions (and small temperature change) superposed on a large deformation.

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Résumé Dans le cadre de la théorie d'une surface élastique de Cosserat et pour un système d'équations linéaires décrivant les problèmes à conditions initiales et à conditions aux frontières mixtes de coques thermoélastiques, on obtient un théorème d'unicité sans faire appel à une hypothèse de définition pour l'énergie libre. Le théorème est valable pour des coques non-homogènes et anisotropes soumises à de petits mouvements (et petits changements de température) superposés à une grande déformation.

     

The problem of interaction between a misfitting inclusion and a crack in an infinite elastic medium

The problem of interaction between a curvilinear crack (or a system of such cracks) and a misfitting inclusion of arbitrary shape (or a system of such inclusions) inside an infinite isotropic elastic medium of the same material as the inclusion was solved by using the complex potential technique and reducing the problem to a complex Cauchy type singular integral equation along the crack only (or the system of cracks).

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Résumé Le problème de l'influence mutuelle d'une fissure curviligne (ou d'un système de telles fissures) et une inclusion malajustée de forme arbitraire (ou un système de telles inclusions) dans un milieu infini élastique isotrope du même matériau que l'inclusion a été résolu en utilisant la technique des potentiels complexes et en réduisant ainsi le probléme à une équation intégrale singulière complexe du type Cauchy seulement le long de la fissure (ou du système des fissures).

     

Abaissement différé de la limite apparente d'élasticité des aciers après une déformation sous une tension atteignant cette limite

Résumé Le fluage des aciers doux, demi-durs et durs possédant une limite apparente d'élasticité se présente sous la forme particulière d'un écoulement rapide et différé, lorsque ces aciers ont été d'abord soumis à un étirage sous une tension atteignant la limite apparente d'élasticité et lorsqu'ils ont été soumis immédiatement après décharge à l'effet d'une charge permanente de fluage réalisant une tension inférieure à la limite apparente d'élasticité.Plusieurs essais de fluage et de relaxation ont été réalisés dans ces conditions pour déterminer l'ordre de grandeur de la tension la plus basse susceptible de provoquer cet écoulement caractéristique.

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Summary The creep of different kinds of steels with a yield point has the particular form of a delayed yield when the bars have previously been strained at a stress equal to the yield point and afterwards submitted to creep under a constant stress lower than the yield point.Several creep and relaxation tests have been performed under these conditions in order to appreciate the lower stress which is able to produce the delayed yield.

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Zusammenfassung Das Kriechen der Stähle von verschiedener Güte mit natürlicher Streckgrenze stellt sich dar in charakteristischer Form eines verspäteten Fließens, wenn diese Stähle zuerst beim Zuge bis zur Streckgrenze verformt werden und dann nach Entspannung dem Kriechversuch übergeben werden unter eine Zugspannung kleiner als die Streckgrenze.Mehrere Kriech- und Relaxationsversuche wurden in diesen Angelegenheiten durchgeführt, um die kleinste Zugspannung zu bestimmen, welche noch geeignet ist, das verspätete Fließen zu bewirken.

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Professeur à l'Université de Liège, directeur des Laboratoires d'Essais des Constructions du Génie Civil.

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Agrégé à l'Université de Liège, chef de section aux Laboratoires d'Essais des Constructions du Génie Civil.     

On the first boundary value problem for the classical theory of elasticity in a three-dimensional domain with a singular boundary

An existence and uniqueness theorem is proved for the first boundary value problem of classical elasticity, relating to a broad class of three-dimensional domains whose boundaries may have edges and vertexes.The qualitative properties, up to the boundary, of the solution are investigated.

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Résumé On démontre un théorème d'existence et unicité pour le premier problème de valeurs au contour de l'élasticité classique, concernant une large classe de domaines de l'éspace à trois dimensions, avec des frontières présentant des arètes et des sommets.On étudie les propriétés qualitatives, jusque'au contour, de la solution.

     

An explicit method to determine response coefficients in finite elasticity

Some classical solutions to problems involving controllable deformations of isotropic incompressible elastic solids are recapitulated. It is shown that, when only one deformation mechanism is inhomogeneous, a parametric differentiation of the load-deformation relations yields a possibility to determine explicitly the material response coefficients from data conveniently measurable at tests. The method is illustrated for two cases; extension, inflation and torsion of a tube and inflation of a spherical shell.

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Résumé Quelques solutions classiques de problèmes en déformation pour des solides élastiques isotropes incompressibles sont rappelies. On montre que, quand un seul mécanisme est nonhomogène, une dérivation parametrique des relations force-déformation rend possible la détermination explicite des coefficients characteristiques du solide à partir de données expérimentales facilement accessibles.Deux examples illustrent la méthode: cas d'un tube soumis à une extension, une expansion et une torsion et cas d'une coque sphérique en expansion.

     

Energy flux into the tip of an extending crack in an elastic solid

Summary An expression for the energy flux into the tip of an extending crack in terms of the dynamic elastic field of the crack is derived on the basis of an overall energy rate balance. It is shown that the energy flux depends only on the near-tip elastic field. The expression is compared to other expressions for this dependence which have been proposed by Atkinson and Eshelby, by Achenbach and by Erdogan. The energy flux is calculated in terms of the stress intensity factor for a particular plane strain problem and an antiplane strain problem.

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Résumé Sur la base d'un équilibre énergétique dynamique global, le flux d'énergie convergeant vers l'extrémité d'une tissure en propagation est exprimé en fonction du champ élastique dynamique de la fissure. II est démontré que ce flux d'énergie ne dépend que du champ élastique au voisinage immédiat de l'extremité de la fissure, L'expression obtenue est comparée aux expressions précédemment proposées par MM. Atkinson et Eshelby, Mr. Achenbach, et Mr. Erdogan. Le flux d'énergie est évalué en fonction du facteur d'intensité des contraintes dans les cas particuliers d'un problème de déformation plane et d'un problème dans lequel la direction du cisaillement est horizontale.

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Supported by the United States Atomic Energy Commission through Contract AT (11-1)-3084 with Brown University.     

Note sur les vitesses critiques d'un arbre muni de disques

Conclusions Les démonstrations que nous avons été amené à développer au sujet du problème particulier des vitesses critiques, s'adaptent sans plus à une large classe de problèmes aux valeurs propres [6]. C'est plutôt comme illustration d'une théorie générale à un cas simple, qu'il faut considérer les développements précédents; ce n'est que le n 14 qui est particulier au problème traité.Au point de vue physique, l'introduction de disques, comme d'ailleurs de façon générale l'introduction de masses concentrées dans un système continu quelconque, ne modifie pas l'aspect qualitatif; aussi il n'est pas étonnant que nous retrouvions les propriétés des vitesses critiques d'arbres continus [1], [2].Au point de vue mathématique par contre, une nette séparation est généralement faite entre les systèmes continus et les systèmes discrets; les premiers sont souvent considérés comme un cas limite des seconds. Du point de vue de l'esthétique des démonstrations, il est cependant satisfaisant de traiter simultanément les deux cas.A cette fin une première méthode consiste à traiter l'équation différentielle à laquelle sont jointes les conditions aux limites, et les conditions de discontinuité de certaines dérivées aux endroits de masses concentrées. C'est particulièrement dans cette voie qu'on constate que les démonstrations ne sont pas une simple généralisation du cas continu [6]. Une autre méthode consiste à traiter les problèmes aux valeurs propres sous forme d'équation intégrale [3]. Une large classe de problèmes peut ainsi être traitée, en introduisant un noyau réel symétrique, grâce à des changements de variables et de fonctions analogues à ceux du n 4.La théorie des équations intégrales à noyaux symétriques est immédiatement applicable. La théorie est également développée pour le cas de noyaux complexes hermitiques: K(s, t)=K(t, s). Le problème que nous avons traité est un peu différent puisque nous avons introduit un noyau complexe symétrique. Il est remarquable que les résultats sont également valables dans ce cas.La méthode des itérations et la détermination de bornes supérieures et inférieures peuvent être aisément transposées. Pour ces questions, nous renvoyons le lecteur à [6].     

On Saint-Venant's principle in plane anisotropic elasticity

Methods involving energy-decay inequalities are applied in investigating Saint-Venant's principle for the planproblem of linear elastostatics for a wide class of anisotropic media. A lower bound (in terms of the elastic constants) is obtained for the rate of exponential decay of stresses and this is compared with the known result for the isotropic case.

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Résumé Par une méthode applicable à un très grand nombre de milieu anisotropique, l'auteur utilise les inégalités concernant la décroissance de l'énergie dans le cas d'un problème plan et dans l'hypothèse de conditions élastostatiques linéaires, l'auteur précise la validité du principe de Saint-Venant dans le cadre de ses applications. Une limite inférieure (en fonction des constantes élastiques) de la décroissance exponentielle des contraintes est mise en évidence et comparée aux résultats obtenus en milieux isotropes.

     

Plasticité et élasticité des pâtes argileuses

Résumé Dans l'introduction, l'auteur rappelle que peu de chercheurs ont consacré leur activité à l'étude des phénomènes élastiques présentés par les pâtes argileuses.Afin de mieux connaître ces phénomènes, un appareil a été construit. Il permet l'enregistrement simultané des efforts appliqués et des déformations présentées par une éprouvette soumise à un couple de cisaillement.Des essais faits sur une pâte d'argile pure ont permis, entre autres conclusions, de constater que:la forme du cisaillement varie suivant la valeur de la contrainte.pour un cisaillement déterminé, le cisaillement élastique est indépendant de la contrainte appliquéele cisaillement permanent dépend du temps de maintien de la contrainte.Enfin, l'auteur signale que les modèles proposés jusqu'à maintenant pour représenter le comportement d'une pâte argileuse ne conviennent pas.     

Formation des gels d'agar et seuil d'écoulement

Résumé Les seuils de plasticité de gels d'agar a différentes concentrations ont été déterminés par différentes méthodes et comparé entre eux. Le seuil de contrainte qui apparaît au cours du refroidissement de la solution indique le début de la formation du réseau gélifié. II définit une température d'apparition du seuil de plasticite. La determination de cette temp6rature critique montre que la formation du gel est soumis aux conditions de refroidissement de la solution: le processus de gelification est accéléré par un refroidissement rapide des solutions et débute à une température plus basse. La formation du gel peut être suivie dans des conditions plus proches des réalités industrielles de fabrication de ces milieux.

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The yield stress of agar gels has been measured by different methods and the results compared. The yield stress which occurs during cooling of polymer solutions indicates the beginning of crystalline network formation. This point defines the temperature of plastic flow; its determination shows that the gel formation is subordinated to cooling conditions of the solution: the process of gelification is retarded by very fast cooling, and is induced at a lower temperature than occurs with slow cooling. We follow the formation of gels in conditions similar to those used in manufacturing processes.

     

Waves and stability

The connection between stability of equilibrium and propagation of small disturbances through a general elastic medium has been stated, since 1903, by J. Hadamard. However a doubtful element in the original proof of the theorem was pointed out by P. Duhem. A more elaborated proof, which seems to be satisfactory even in a more general hypothesis, has been later proposed by the author of this report. That proof is reconsidered in this article which deals, in a general context, with the relations between wave propagation and linear stability. A new elegant proof of Hadamard's theorem, recently proposed by G. Fichera, is briefly reported at the end of the article.

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Résumé Les liens entre la stabilité de l'équilibre et la propagation des ondes dans un milieu élastique ont été codifiés dès 1903, par J. Hadamard. La démonstration originaire du théorème présente toutefois un point douteux, mis en évidence par P. Duhem. Une démonstration plus élaborée, qui parait mathématiquement corrècte même en des conditions physiques plus générales, a été proposée plus tard par l'auteur de cet exposé. Cette démonstration est reprise dans l'article suivant, qui envisage dans un contexte général les relations entre la propagation des ondes et la stabilité linéaire. Une nouvelle et élégante démonstration du théorème de Hadamard, proposée récemment par G. Fichera, est résumée à la fin de l'article.

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Lecture delivered at the Italy-USA Seminar on Existence and Stability in Elasticity, Udine, June 26–30, 1971.     

Effect of friction on the interface crack loaded in shear

The conventional formulation used in the past for problems involving interface cracks leads to a physical contradiction: The two sides of the crack are assumed to be free of tractions in the formulation, but the crack faces are seen to overlap after the solution is constructed. This unsatisfactory feature can be eliminated by introducing contact zones at the tips of an interface crack. The present article investigates the effect of friction in the contact zones for loads that start from zero and are increased monotonically. As an application, shear loading is considered, and the problem is reduced to a singular integral equation with a Cauchy-type kernel which is solved numerically. The results show that one of the contact zones is large and that friction affects the global nature of the stress fields. The results worked out include also the stress intensity factors, crack opening displacement, and the pressure distribution in the larger contact zone.

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Résumé La formulation habituelle utilisée dans le passé pour des problèmes de fissures interfaciales conduit à une contradiction physique: Les deux lèvres de la fissure doivent être libres de contraintes, mais la solution peut impliquer une interpénétration des bords. Il est possible d'éliminer cette contradiction physique en introduisant des zones de contact aux pointes de la fissure. Le présent article étudie l'effet du frottement dans les zones de contact pour des charges croissantes à partir de zero. Comme application, on considère une charge de cisaillement et le problème se réduit à une équation intégrale singulière avec un noyau de type Cauchy. Cette équation est résolue numériquement. Les résultats montrent que l'une des zones de contact est grande et que le frottement modifie l'ensemble du champ de contraintes. On a aussi obtenu les facteurs d'intensité de contraintes, l'ouverture de la fissure et la distribution du pression dans la plus grande zone de contact.

     

Influence of interfacial tension gradients on thermal convection in two superposed immiscible liquid layers

This paper considers mainly the theoretical aspect of thermal convection in two superposed immiscible (or partially miscible) fluid layers in a rectangular cavity with differentially heated end walls. We develop a model valid for layers whose lateral extent is much larger than depth, deriving the horizontal velocity profile in each layer as a function of the various parameters such as expansion coefficients, viscosities, depth of each layer, and the interfacial tension gradient along the interface. Results are discussed, taking into account the results of experiments that we presented recently [1].

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Résumé Cet article étudie les aspects théoriques de la convection thermique dans deux couches fluides non miscibles (ou partiellement miscibles), superposées et contenues dans une cavité rectangulaire dont les parois latérales sont maintenues à des températures différentes. Nous développons un modèle valide pour des couches dont les dimensions latérales sont beaucoup plus grandes que leur épaisseur et déduisons le profil horizontal de vitesse dans chaque couche, en fonction des nombreux paramètres du problème, à savoir les coefficients de dilatation, les viscosités et les épaisseurs des deux couches, et le gradient de tension interfaciale le long de l'interface. Les résultats sont discutés en prenant en considération les expériences existantes que nous avons présentées récemment [1].

     

Entropie du mélange liquide-vapeur d'un fluide thermo-capillaire

Résumé On considère un fluide visqueux thermo-capillaire. La capillarité, dans la théorie de Korteweg, est une contribution à l'énergie interne du fluide. L'équation d'état est telle que deux phases stables (vapeur et liquide) sont séparées par une zone d'instabilité (spinodale). On décrit un mélange liquide-vapeur en évolution au moyen d'un développement asymptotique. On montre qu'au niveau macroscopique, une grandeur thermo-dynamique supplémentaire apparaît, l'entropie de mélange, ainsi qu'une loi de conservation. Mémoire présenté par P.-L. Lions     

Precision refractometer with simple measuring prism

Summary The construction of the refractometer described in a previous article has been simplified. The measuring prism consists of one piece of glass on the top surface of which the solid or liquid sample is put and of which one of the lateral surfaces receives light from the same light source as the sample by means of an auxiliary reflector. The opposite side of the prism is not limited by one plane surface, but by two planes inclined to each another, thus splitting up the pencil into two. These pencils are then split into four pencils each by means of a fourfold mirror as in the original apparatus; the pencil given by the sample also is split into four pencils by the same mirror. The range of temperatures at which observations can be made is greatly enlarged. The precision is again about 0.000 01, the range 1.31 to 1.67.

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Sommaire La construction du réfractomètre déjà décrit a été simplifié. Le prisme étalon ne consiste que d'une pièce, portant à sa surface supérieure l'échantillon solide ou liquide et dont une des surfaces latérales est illuminée par la même source, qui illumine l'échantillon, ce qui est effectué par un réflecteur auxiliaire. La coté latérale opposée du prisma n'est pas limitée par une surface, mais par deux surfaces planes, faisant un angle entre eux, de sorte que le faisceau émergent est dédoublé. Chacun de ces deux demi-faisceaux est divisé en quatre faisceaux par un miroir quadruple, comme dans l'appareil original. Le faisceau produit par l'échantillon aussi est divisé en quatre faisceaux par le même miroir. A cause de la simplicité du prisme les observations peuvent être faites dans une domaine de températures beaucoup plus grande. La précision est encore 0.000 01 environ, la région des indices de 1.31 à 1.67.