3.6 圆盘热传导与圆膜振动|数学物理方法

数学物理方法 · 3.6 圆盘热传导与圆膜振动
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数学物理方程篇·第三章 / 3.6

圆盘热传导与圆膜振动

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24 一般圆盘初温:角傅里叶与径向贝塞尔双重展开

圆盘上、圆周零温、初温。每个角阶对应自己的径向根。解为

时正弦恒零,应置。令,则

把余弦换正弦。角向常数的模平方是,非零阶余弦、正弦是;不能统一抄同一个前因子。

图 P3-13 圆盘模态的节点圆与角向节点线
J1(j1,2r/R) cos(1φ)绿色、橙色:相反符号阶数m=1径向编号n=2内部节点圆:1条着色表示位移符号与相对大小;黑线是位移恒为零的节点。

角向节点直径数为1,内部节点圆数为1;圆周是固定边缘。

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25 轴对称冷却:只留m等于零,最慢模态决定长期

原书例3初温只依赖,所以只留。圆周零温:

若初温恒为,。若侧面恒为而初温零,则先写,得到

长期趋。数据初时不匹配圆周温度,角点按内部初值理解。高径向模态更快衰减;第一模态系数若非零,它决定长时间主要形状。

图 P3-14 单个圆盘热模态保持形状并指数衰减
单位圆,κ=1:u=e⁻ʲ²ᵗJ₀(jr),j=j₀,₁10r=1当前t=0,中心温度=1.0000;灰线为初温。径向形状不变,只有时间振幅指数衰减;圆周始终为零。

这是一个精确的单模态解;衰减率为j₀,₁²≈5.783185963。

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26 圆膜振动:空间基相同,时间因子改为振荡

圆膜、边缘固定,固有角频率

模态为或正弦版本,时间因子。初位移系数给,初速度系数还要除以。

给直径方向的角向节点结构,径向内部有条节点圆;完整圆膜中的角向正弦余弦简并。半圆膜的直径也固定时,角向用、,因此不能使用完整圆的轴对称最低模态。

来源、编排与掌握要求

依据用户提供的严镇军《数学物理方法》扫描本数学物理方程篇·第三章整理;正文印刷页272—305上部,章末习题305—309。扫描PDF文件页序等于印刷页码加6。按原书节序覆盖各主题,以重新讲解、推导主线和例题说明组织,未逐字复制原文。自编检查题与原书习题分开编号,原书题号可在本章习题路线中查找;本文件不声称是全部原书习题的逐题答案册。

第一轮优先掌握能独立做题所需的概念、步骤和适用条件;背景、证明及拓展均说明用途和暂缓深究的边界。数学物理方程篇·第三章含32道自编检查题及完整解析。公式与SVG内嵌,可离线阅读;屏幕答案默认折叠,打印时自动展开。整理日期:2026年10月22日。