Skip to main content

Modélisation mathématique des coques linéairement élastiques

  • Conference paper
Partial Differential Equations and Functional Analysis

Part of the book series: Progress in Nonlinear Differential Equations and Their Applications ((PNLDE,volume 22))

  • 594 Accesses

Résumé

On analyse le comportement asymptotique du champ du déplacement tridimensionnel d’une coque linéairement élastique lorsque l’épaisseur tend vers zéro. Sous deux classes distinctes d’hypothèses, portant sur la géométrie de la surface moyenne, sur les conditions aux limites, et sur l’ordre de grandeur des forces appliquées, des théorèmes de convergence peuvent être établis, qui justifient soit les équations bi-dimensionnelles d’une “coque en flexion,” soit celles d’une “coque membranaire.” On discute également les mérites du modèle bi-dimensionnel de coques de W.T. Koiter sous les mêmes classes d’hypothèses.

Abstract

We analyze the asymptotic behavior of the three-dimensional displacement field of a linearly elastic shell as the thickness approaches zero. Under two distinct sets of assumptions on the geometry of the middle surface, on the boundary conditions, and on the order of magnitude of the applied forces, convergence theorems can be established, which justify either the two-dimensional equations of a “flexural shell,” or those of a “membrane shell.” We also discuss the merits of the two-dimensional shell model of W.T. Koiter under the same sets of assumptions.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this chapter

Chapter
USD 29.95
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
eBook
USD 39.99
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
Softcover Book
USD 54.99
Price excludes VAT (USA)
  • Compact, lightweight edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info

Tax calculation will be finalised at checkout

Purchases are for personal use only

Institutional subscriptions

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. E. Acerbi, G. Buttazzo et D. Percivale, Thin inclusions in linear elasticity: a variational approach, J. reine angew. Math. 386 (1988), 99–115.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  2. C. Amrouche et V. Girault, Propriétés fonctionnelles d’opérateurs; applications au problème de Stokes en dimension quelconque, Rapport R90025, Laboratoire d’Analyse Numérique, Université Pierre et Marie Curie, Paris, 1990.

    Google Scholar 

  3. G. Anzellotti, S. Baldo et D. Percivale, Dimension reduction in variational problems, asymptotic development in Γ-convergence and thin structures in elasticity, Asymptotic Anal. 9, 61–100.

    Google Scholar 

  4. D.N. Arnold et F. Brezzi, Some new elements for the Reissner-Mindlin plate model, in Boundary Value Problems for Partial Differential Equations and Applications, J.L. Lions and C. Baiocchi, eds., Masson, Paris, (1993), 287–292.

    Google Scholar 

  5. D.N. Arnold et F. Brezzi, Locking free finite elements for shells, Math. Comp. (à paraître).

    Google Scholar 

  6. I. Babuska et L. Li, The problem of plate modeling: Theoretical and computational results, Comput. Meth. Appl. Mech. Engrg. 100 (1992), 249–273.

    Article  MATH  Google Scholar 

  7. M. Bernadou, Méthodes d’éléments finis pour les problèmes de coques minces, Masson, Paris (1994).

    Google Scholar 

  8. M. Bernadou et P.G. Ciarlet, Sur l’ellipticité du modèle linéaire de coques de W.T. Koiter, Computing Methods in Applied Sciences and Engineering, R. Glowinski and J.-L. Lions, eds., Springer-Verlag, Berlin (1976), 89–136.

    Google Scholar 

  9. M. Bernadou, P.G. Ciarlet et B. Miara, Existence theorems for two-dimensional linear shell theories, J. Elasticity 34 (1994), 111–138.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  10. A. Blouza et H. Le Dret, Sur le lemme du mouvement rigide, C. R. Acad. Sci. Paris, Sér. I 319 (1994), 1015–1020.

    MATH  Google Scholar 

  11. A. Blouza et H. Le Dret, Existence et unicité pour le modèle de Koiter pour une coque peu régulière, C. R. Acad. Sci. Paris, Sér. I 319 (1994), 1127–1132.

    MATH  Google Scholar 

  12. W. Borchers et H. Sohr, On the equations rot v = g and div u = f with zero boundary conditions, Hokkaido Math. J. 19 (1990), 67–87.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  13. F. Brezzi, M. Fortin et R. Stenberg, Error analysis of mixed-interpolated elements for Reissner-Mindlin plates, Math. Models Meth. Applied Sci. 1 (1991), 125–151.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  14. F. Brezzi et M. Fortin, Numerical approximation of Mindlin-Reissner plates, Math. Comp. 47 (1986), 151–158.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  15. S. Busse, P.G. Ciariet et B. Miara, Asymptotic analysis of linearly elastic shallow shells in curvilinear coordinates (à paraître).

    Google Scholar 

  16. D. Caillerie et E. Sanchez-Palencia, Elastic thin shells: asymptotic theory in the anisotropic and heterogeneous cases, Math. Model. Meth. Appl. Sci. 5 (1995), 473–496.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  17. D. Caillerie et E. Sanchez-Palencia, A new kind of singular-stiff problems and application to thin elastic shells, Math. Model. Meth. Appl. Sci. 5 (1995), 47–66.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  18. D. Chenais et J.-C. Paumier, On the locking phenomenon for a class of elliptic problems, Numer. Math. 67 (1994), 427–440.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  19. D. Chenais et M. Zerner, Conditions nécessaires pour éviter le verrouillage numérique. Application aux arches, C. R. Acad. Sci. Paris, Sér. I 316 (1993), 1097–1102.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  20. P.G. Ciarlet, Plates and Junctions in Elastic Multi-Structures: An Asymptotic Analysis, Masson, Paris, 1990.

    MATH  Google Scholar 

  21. P.G. Ciarlet, Mathematical modeling and numerical analysis of linearly elastic shells, in Proceedings, International Congress of Mathematics’94 (Zürich, August 3–14, 1994), Birkhaüser, Basel (à paraître).

    Google Scholar 

  22. P.G. Ciarlet, Mathematical Elasticity, Vol. II: Plates and Shells, North-Holland, Amsterdam, 1996.

    Google Scholar 

  23. P.G. Ciarlet et V. Lods, Ellipticité des équations membranaires d’une coque uniformément elliptique, C. R. Acad. Sci. Paris, Sér. I 318 (1994), 195–200.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  24. P.G. Ciarlet et V. Lods, Analyse asymptotique des coques linéairement élastiques. I. Coques “membranaires,” C. R. Acad. Sci. Paris, Sér. I 318 (1994), 863–868.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  25. P.G. Ciarlet et V. Lods, Analyse asymptotique des coques linéairement élastiques. III. Une justification du modèle de W.T. Koiter, C. R. Acad. Sci. Paris, Sér. I 319 (1994), 299–304.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  26. P.G. Ciarlet et V. Lods, On the ellipticity of linear membrane shell equations, J. Math. Pures Appl., (à paraître).

    Google Scholar 

  27. P.G. Ciarlet et V. Lods, Asymptotic analysis of linearly elastic shells. I. Membrane shells, Arch. Rational Mech. Anal., (à paraître).

    Google Scholar 

  28. P.G. Ciarlet et V. Lods, Asymptotic analysis of linearly elastic shells. III. A justification of W.T. Koiter’s model, Arch. Rational Mech. Anal. (à paraître).

    Google Scholar 

  29. P.G. Ciarlet, V. Lods et B. Miara, Analyse asymptotique des coques linéairement élastiques. II. Coques “en flexion,” C. R. Acad. Sci. Paris, Sér. I 319 (1994), 95–100.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  30. P.G. Ciariet, V. Lods et B. Miara, Asymptotic analysis of linearly elastic shells. II. Flexural shells, Arch. Rational Mech. Anal., (à parître).

    Google Scholar 

  31. P.G. Ciariet et B. Miara, Justification of the two-dimensional equations of a linearly elastic shallow shell, Comm. Pure Appl. Math. XLV (1992), 327–360.

    Article  Google Scholar 

  32. P.G. Ciariet et E. Sanchez-Palencia, Un théorème d’existence et d’unicité pour les équations des coques membranaires, C. R. Acad. Sci. Paris, Sér. I 317 (1993), 801–805.

    Google Scholar 

  33. P.G. Ciarlet et E. Sanchez-Palencia, Ellipticity of bending and membrane shell equations, Asymptotic Methods for Elastic Structures, P.G. Ciarlet, L. Iralricho, and J.M. Viaño, eds., de Gruyter, Berlin (1995), 31–39.

    Google Scholar 

  34. P.G. Ciarlet et E. Sanchez-Palencia, An existence and uniqueness theorem for the two-dimensional linear membrane shell equations, J. Math. Pures Appl., (à paraître).

    Google Scholar 

  35. P. Destuynder, Sur une justification des modèles de plaques et de coques par les méthodes asymptotiques, Thèse d’Etat, Université Pierre et Marie Curie, Paris, 1980.

    Google Scholar 

  36. P. Destuynder, A classification of thin shell theories, Acta Applic. Math. 4 (1985), 15–63.

    Article  MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  37. G. Duvaut et J.-L. Lions, Les inéquations en mécanique et en physique, Dunod, Paris, 1972.

    MATH  Google Scholar 

  38. F. John, Estimates for the derivatives of the stresses in a thin shell and interior shell equations, Comm. Pure Appl. Math. 18 (1965), 235–267.

    Article  MathSciNet  Google Scholar 

  39. R.V. Kohn et M. Vogelius, A new model for thin plates with rapidly varying thickness. II. A convergence proof, Quart. Appl. Math. 43 (1985), 1–22.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  40. W.T. Koiter, On the foundation of the linear theory of thin elastic shells, Proc. Kon. Nederl. Akad. Wetensch. B73 (1970), 169–195.

    MathSciNet  Google Scholar 

  41. H. Le Dret et A. Raoult, Le modèle de membrane non linéaire comme limite variationnelle de l’élasticité non linéaire tridimensionnelle, C. R. Acad. Sci. Paris, Sér. I 317 (1993), 221–226.

    MATH  Google Scholar 

  42. H. Le Dret et A. Raoult, Dérivation variationnelle du modèle non linéaire de coque membranaire, C. R. Acad. Sci. Paris, Sér. I, 320 (1995), 511–516.

    MATH  Google Scholar 

  43. H. Le Dret et A. Raoult, The nonlinear membrane model as variational limit of nonlinear three-dimensional elasticity, J. Math. Pures Appl., (à paraître).

    Google Scholar 

  44. J.-L. Lions, Perturbations singulières dans les problèmes aux limites et en contrôle optimal, Springer-Verlag, Heidelberg, 1973.

    MATH  Google Scholar 

  45. J.-L. Lions et E. Sanchez-Palencia, Problèmes aux limites sensitifs, C. R. Acad. Sci. Paris, Sér. I 319 (1994), 1021–1026.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  46. J.-L. Lions et E. Sanchez-Palencia, Problèmes sensitifs et coques élastiques minces, Actes du Colloque à la Mémoire de Pierre Grisvard (Paris, 24–26 nov. 1994), (à paraître), this volume.

    Google Scholar 

  47. V. Lods et B. Miara, Analyse asymptotique des coques “en flexion” non linéairement élastiques, C. R. Acad. Sci. Paris, Sér. I, 321 (1995), 1097–1102.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  48. E. Magenes et G. Stampacchia, I problemi al contorno per le equazioni differenziali di tipo ellitico, Ann. Scuola Norm. Sup. Pisa 12 (1958), 247–358.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  49. B. Miara, Analyse asymptotique des coques membranaires non linéairement élastiques, C. R. Acad. Sci. Paris, Sér. I 318 (1994), 689–694.

    MathSciNet  MATH  Google Scholar 

  50. B. Miara et E. Sanchez-Paleneia, Asymptotic analysis of linearly elastic shells, Asymptotic Analysis, (à paraître).

    Google Scholar 

  51. J.-C. Paumier, On the locking phenomenon for a linearly elastic three-dimensional clamped plate, (à paraître).

    Google Scholar 

  52. E. Sanehez-Paleneia, Statique et dynamique des coques minces. I. Cas de flexion pure non inhibée, C. R. Acad. Sci. Paris, Sér. I 309 (1989), 411–417.

    Google Scholar 

  53. E. Sanehez-Paleneia, Statique et dynamique des coques minces. II. Cas de flexion pure inhibée, C. R. Acad. Sci. Paris, Sér. I 309 (1989), 531–537.

    Google Scholar 

  54. E. Sanehez-Paleneia, Passage à la limite de l’élasticité tri-dimensionnelle à la théorie asymptotique des coques minces, C. R. Acad. Sci. Paris, Sér. II 311 (1990), 909–916.

    Google Scholar 

  55. C. Schwab, Dimensional Reduction for Elliptic Boundary Value Problems, Doctoral Dissertation, University of Maryland, College Park, 1989.

    Google Scholar 

  56. C. Schwab, A-posteriori modeling error estimation for hierarchic plate models, Numer. Math., (à paraître).

    Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Editor information

Editors and Affiliations

Additional information

Cet article est dédié à la Mémoire de Pierre Grisvard

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 1996 Birkhäuser Boston

About this paper

Cite this paper

Ciarlet, P.G. (1996). Modélisation mathématique des coques linéairement élastiques. In: Cea, J., Chenais, D., Geymonat, G., Lions, J.L. (eds) Partial Differential Equations and Functional Analysis. Progress in Nonlinear Differential Equations and Their Applications, vol 22. Birkhäuser Boston. https://doi.org/10.1007/978-1-4612-2436-5_5

Download citation

  • DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4612-2436-5_5

  • Publisher Name: Birkhäuser Boston

  • Print ISBN: 978-1-4612-7536-7

  • Online ISBN: 978-1-4612-2436-5

  • eBook Packages: Springer Book Archive

Publish with us

Policies and ethics