如何为非线性方程构造ζ_max关于泊松比的多项式近似解
点接触最大剪应力极值位置的近似多项式求解需求
我正在开发面向开源场景的小型赫兹接触计算工具OpenHertz,需要对Green等人提出的点接触最大剪应力方程做近似适配。该方程的公式示意、常规绘图结果可参考配套的两张参考图,目前已在Maxima符号计算环境中完成的方程实现代码为:A: (3 / 2 / (1 + zeta^2) - 1 - nu + zeta * (1 + nu) * acot(zeta)) / 2;
变量说明:
nu为材料泊松比,zeta为接触方向无量纲深度参数。
当前遇到的求解障碍
为定位最大剪应力𝜏_max对应的深度位置,我需要对上述方程关于𝜁求导,对应Maxima代码为:diff(A, zeta);
之后我尝试直接求解导函数为0时的𝜁取值,所用代码为:solve(diff(A, zeta), zeta);
但最终返回的符号解是长达数页的复杂表达式,既无法直接集成到轻量化工程软件中使用,也不便于做数值精度校验。
具体目标
我希望构造一个如下形式的多项式近似:𝜁_max = a + b * 𝜈 + c * 𝜈^2 + ...
要求该近似在0 < 𝜈 < 0.5(通用工程材料泊松比区间)、0 < 𝜁 < 1的取值范围内,精度足够接近导函数为0的原方程diff(A, zeta) = 0的精确解。
内容的提问来源于stack exchange,提问作者Foad S. Farimani
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