【摘要】：細(xì)胞是生物體基本的結(jié)構(gòu)和功能單位。一個(gè)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)剛度及幾何形狀在很大程度上由細(xì)胞骨架決定。細(xì)胞骨架的主要成分是微管、微絲和中間纖維。這些蛋白質(zhì)聚合物對于細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞器的移動(dòng)、細(xì)胞有絲分裂過程中染色體的運(yùn)動(dòng)及細(xì)胞壁的形成等都具有十分重要的作用。微管是強(qiáng)度最高的細(xì)胞骨架構(gòu)件,其軸向剛度顯著高于微絲和中間纖維剛度,但在彎曲時(shí)又能表現(xiàn)出很高的柔韌性。研究其力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系可以促進(jìn)對生物體生理過程機(jī)理的深入理解并推動(dòng)仿生材料科學(xué)的發(fā)展。尤其微管的原纖維之間的滑移在實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)被觀察到,這種滑移對微管的力學(xué)性能有較大的影響。因此本文將就相關(guān)的議題進(jìn)行下列兩方面的研究:一原纖維之間的滑移對微管彎曲性能的影響。采用微管的分子結(jié)構(gòu)力學(xué)模型,其中微管原纖維之間的相互作用以等效梁單元Beam2來表征,在模型的自由端分別施加彎矩和橫向力,通過改變Beam2的三個(gè)剛度,即使三個(gè)剛度分別變?yōu)樵档? 610 10--倍,探討原纖維滑移產(chǎn)生的條件并在不同的邊界條件下計(jì)算微管的彎曲撓度和等效彎曲剛度。結(jié)果表明纖維之間的滑移是導(dǎo)致微管的等效彎曲剛度隨長度改變的主要原因。該研究中獲得的微管結(jié)構(gòu)與其力學(xué)行為的關(guān)系可為未來類微管結(jié)構(gòu)微智能材料的設(shè)計(jì)和研究提供有益的指導(dǎo)。比如研究結(jié)果表明,通過改變其原纖維之間的相互作用力的大小,可以控制其彎曲性能。二原纖維之間的滑移對微管自由振動(dòng)的影響。通過經(jīng)典歐拉梁模型計(jì)算微管自由振動(dòng)的頻率并與基于分子結(jié)構(gòu)力學(xué)模型得到的頻率進(jìn)行比較。在兩種不同的邊界條件下(兩端固支和懸臂),歐拉梁模型過高的估計(jì)了微管(長度直徑比L/D310)橫向自由振動(dòng)的頻率。其與分子結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的誤差隨著振動(dòng)階數(shù)的增加(m(28)4,5,6)或者“波長-直徑”比(L/(m D))的減小而變大。這種差異可以通過非局部理論進(jìn)行很好的解釋。在微管的彎曲中,原纖維之間的滑移提供了非局部參數(shù)e_0a可能產(chǎn)生的物理根源。在此之前,e_0a的物理起源在非局部力學(xué)理論中沒有能夠得到清楚的解釋。這一發(fā)現(xiàn)說明在微管中非局部效應(yīng)的影響通過原纖維之間的滑移降低了微管的自由振動(dòng)的頻率,這種滑移的程度可以通過非局部參數(shù)e_0a來表征。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：Q27;TB115

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本文編號：2577266