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Formules Indicielles
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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 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
i1 j 1 i1 j 1 i1 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 pxi :
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 :
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
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.