在彈性力學中,為方便求解,常把應力或位移用幾個任意的或某種特殊類型的函數表示,這些函數通常叫作應力函數或位移函數。

  應力函數 最有名的應力函數是彈性力學平面問題中的艾裏應力函數。如果沒有體力,平面中的三個應力分量σxxσyyτxy滿足下列方程:

。  (1)

根據方程(1),可將應力分量用一個函數 φx,y)表示為:

。   (2)

φ便是艾裡應力函數。對於均勻和各向同性的物體, φ是一個雙調和函數,即它滿足下列雙調和方程:

ΔΔφ=0,          (3)

式中 是平面的拉普拉斯算符。引入 φ後,平面問題原來的8個未知函數(兩個位移分量、三個應變分量和三個應力分量 σxxσyyτxy就歸結為一個函數 φ。這對求解具體問題很有好處。

  在彈性柱體的扭轉問題中,剪應力分量τxzτyz滿足下列平衡方程:

。       (4)

據此可將 τxzτyz用一個函數 Ψ( x,y)表示為:

。      (5)

Ψ稱為普朗特應力函數。對於均勻和各向同性的柱體, Ψ滿足下列方程:

ΔΨ=-2,         (6)

式中 G為材料的剪切模量(見 材料的力學性能); θ為單位長度的扭轉角。

  位移函數 在求解彈性力學的空間問題時,也可以用六個應力函數代替原來的六個應力分量,但好處不多。所以,一般多采用各種位移函數。對於均勻和各向同性彈性體,位移分量u1u2u3滿足下列平衡方程:

式中 是空間中的拉普拉斯算符; ν為材料的泊松比; G為剪切模量; f i為體力分量。方程(7)的解可以表達成多種形式。一種形式為: 

式中 ψ 1ψ 2ψ 3φ四個函數滿足下列方程:

。 (9)

函數 ψ 1ψ 2ψ 3φ稱為佈森涅斯克-帕普科維奇-紐勃位移函數。彈性力學中許多空間問題的解都是從公式(8)推導出來的。

  方程(7)還有另一種形式的解,即

式中 Fi滿足下列方程:

。      (11)

函數 F 1F 2F 3稱為佈森涅斯克-索米利亞納-伽遼金位移函數。對於回轉體的軸對稱問題,公式(10)可作許多簡化。取對稱軸為 z軸( x 3軸),記 r為所考慮點到 z軸的距離,並記位移在 rz軸上的投影分別為 uω。若 f 1= f 2=0,可取 F 1= F 2=0, F 3= F( rz)。這樣,由公式(10)可得到:

,   (12)

式中 ,即柱坐標中的拉普拉斯算符; F滿足下列方程:

。       (13)

   公式(12)中的函數F稱為樂甫位移函數。在求解軸對稱問題時,經常利用公式(12)。

  在f1=f2=0的情況下,即使不是軸對稱問題,方程(7)的解也可用一組位移函數F、f表示如下:

式中 F、f滿足下列方程:

,Δf=0。   (15)

這組位移函數特別適用於求解無限體、半無限體和厚板等問題。