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Formules Indicielles

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Ecole Nationale Supérieure d'Arts et Métiers

Campus de CLUNY

Notations indicielles
Voici quelques exemples détaillés de notation indicielle, en supposant travailler dans un espace à trois
dimensions.

Définition d’un vecteur, par exemple le vecteur position d’un point de l’espace :
3
OM  xi Ei   xi Ei  x1 E1  x2 E2  x3 E3
i 1

Produit scalaire de deux vecteurs A ai Ei et B  bi Ei


 3  3  3  3


A B  ai Ei .b j E j    ai Ei  .  b j E j     ai Ei .b j E j  
 i 1   j 1  i 1  j 1 
 
3
A B   ai Ei .b1 E1  ai Ei .b2 E2  ai Ei .b3 E3
i 1
A B  a1 E1 .b1 E1  a1 E1 .b2 E2  a1 E1 .b3 E3  a2 E2 .b1 E1  a2 E2 .b2 E2  a2 E2 .b3 E3  a3 E3 .b1 E1  a3 E3 .b2 E2  a3 E3 .b3 E3

Produit scalaire de deux vecteurs avec utilisation du symbole de Kronecker dans le cas d’une base
orthonormée :
 3  3  3  3
  3  3
 
A B  ai Ei . b j E j    ai Ei  .   b j E j     ai Ei . b j E j     ai . b j . ij 
 i1   j 1  i1  j 1  i1  j 1 
3
A B   ai . b1 . i1  ai . b2 . i 2  ai . b3 . i 3 
i 1
A B  a1 . b1 .11  a1 . b2 .12  a1 . b3 .13  a2 . b1 . 21  a2 . b2 . 22  a2 . b3 . 23  a3 . b1 . 31  a3i . b2 . 32  a3 . b3 . 33
A B  a1 . b1  a2 . b2  a3 . b3

Divergence d’un vecteur, par exemple la divergence du vecteur vitesse V  vi Ei avec vi  vi x j  d’un point
de l’espace :
v 3
v v v v
div V   i   i  1  2  3
xi i 1 xi x1 x2 x3

Gradient d’une fonction scalaire, par exemple la fonction pression en un point de l’espace p  pxi  :
p 3
p p p p
grad  p   Ei   Ei  E1  E2  E3
xi i 1 xi x1 x2 x3

Démonstration indicielle d’une formule, par exemple la divergence d’un vecteur multiplié par un scalaire :
  p vi 
 
div p.V 
xi
v
 p i  vi
xi
p
xi
 p div V V . grad  p 
Cette démonstration est à comparer avec une démonstration n’utilisant pas la notation indicielle :

Notation indicielle Page 1


Ecole Nationale Supérieure d'Arts et Métiers
Campus de CLUNY
   pxv    pxv    pxv   p xv  v xp  p xv
div p.V  1 2 3 1
1
2
 v2
p
x2
v
 p 3  v3
x3
p
x3
1 2 3 1 1 2

div  p.V  p
v v v p p p
p 1
p 2
v v 3
v
x x x x x x
1 2 3
1 2 3 1 2 3

   v v v 
div p.V  p  1  2  3   v1
p
 v2
p
 v3
p
 p div V  V . grad  p  
 x1 x2 x3  x1 x2 x3

Gradient d’une fonction vectorielle, par exemple le tenseur gradient d’un vecteur déplacement
U  ui Ei avec ui  ui x j  d’un point de l’espace :

 ui u
3 3
grad U  Ei  E j   i Ei  E j
x j i 1 j 1 x j

  u u u 
3
grad U    i Ei  E1  i Ei  E 2  i Ei  E3 
i 1  x1 x 2 x3 

grad U 
 u1
x1
E1  E1 
 u1
x 2
E1  E 2 
 u1
x3
E1  E3

 u2 u u
 E 2  E1  2 E 2  E 2  2 E 2  E3
x1 x 2 x3
 u3 u u
 E3  E1  3 E3  E 2  3 E3  E3
x1 x 2 x3
Mais sur cet exemple, il est plus simple d’utiliser la notation matricielle :
  u1  u1  u1    u1  u1  u1 
   
 x1 x 2 x3   x1 x 2 x3 
  u
grad U   2
 u2  u2 

 u
 2
 u2  u2 

 x1 x 2 x3   x1 x 2 x3 
  u3  u3  u3    u3  u3  u3 
 x  E ,E ,E 
 1 x 2 x3  1 2 3  x1 x 2 x3  i
 E   
Produit scalaire de deux tenseurs, par exemple produit scalaire du tenseur des contraintes  M  avec le
tenseur des déformations  M  :
3 3
 M   M   ij  ij   ij  ij
i 1 j 1

 M   M   11 11   12 12   13 13   21  21   22  22   23  23   31  31   32  32   33  33

Produit contracté de deux tenseurs, par exemple la traduction de la loi de comportement linéaire entre le
tenseur des contraintes et le tenseur des déformations   A   :
3 3
  ij Ei  E j    ij Ei  E j A  Aijkl Ei  E j  Ek  El  ij  Aijkl . kl   Aijkl . kl
k 1 l 1
 ij  Aij11 .11  Aij12 .12  Aij13 .13  Aij 21 . 21  Aij 22 . 22  Aij 23 . 23  Aij 31 . 31  Aij 32 . 32  Aij 33 . 33

Dans cet exemple, les indices i et j sont des indices parlants et ils peuvent prendre n’importe quelle valeur entre
1 et 3. Donc en définitive on retrouve 9 équations identiques à la dernière écriture. On peut réaliser
l’importance de travailler sur une formulation contractée.

Notation indicielle Page 2

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