本文關(guān)鍵詞：非局部二維納米力學(xué)理論研究及彈跳小球—薄板系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)初步探索

  更多相關(guān)文章： 二維納米薄板 納機(jī)電系統(tǒng) 非局部理論 納維法 固有頻率 靜態(tài)彎曲 受迫振幅

【摘要】：信息、生物和納米技術(shù)作為21世紀(jì)的三大前沿高科技,正在快速地推動(dòng)社會(huì)發(fā)展和改變?nèi)祟惿�。納米科技的迅速發(fā)展,使得納米尺度單元的精確制造并應(yīng)用于納機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中成為現(xiàn)實(shí)。目前,納機(jī)電系統(tǒng)已經(jīng)滲透到科技發(fā)展和生活的各個(gè)領(lǐng)域,從宏觀到微觀,從醫(yī)藥技術(shù)到生命科學(xué),從制造業(yè)到信息通訊等等。納米薄板作為納機(jī)電系統(tǒng)中的基本結(jié)構(gòu)之一,也是二維納米材料石墨烯的基礎(chǔ)力學(xué)模型,掌控其力學(xué)屬性是納機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和封裝等過(guò)程中不可或缺的前提條件。因此,系統(tǒng)深入地研究二維納米力學(xué)有著重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)納米結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出了一些與宏觀尺度下的理論預(yù)測(cè)完全不同的力學(xué)行為,經(jīng)典力學(xué)已無(wú)法直接應(yīng)用于納米結(jié)構(gòu)中。當(dāng)前,針對(duì)納米結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為研究主要有實(shí)驗(yàn)研究、分子動(dòng)力學(xué)模擬和改進(jìn)的連續(xù)介質(zhì)理論等途徑。其中,Eringen提出的非局部理論在納米力學(xué)中得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。然而,非局部理論領(lǐng)域存在兩類相反的彈性模型,二者預(yù)測(cè)結(jié)果彼此矛盾,無(wú)法統(tǒng)一,這阻礙了理論的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。因此本文首先研究非局部理論自身,完善理論和統(tǒng)一模型。接著,利用非局部理論,結(jié)合基爾霍夫板理論,建立非局部二維納米薄板的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型并通過(guò)數(shù)值算例分析其力學(xué)行為。特別地,考察了納米薄板受到脈沖載荷作用下受迫振動(dòng)響應(yīng)的非局部小尺度效應(yīng),并初步探索了細(xì)宏觀尺度下彈跳小球-薄板系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為實(shí)驗(yàn)研究。具體內(nèi)容如下:(1)針對(duì)非局部理論中存在的兩類相反的彈性模型,以納米梁為例,研究了兩端鉸支、一端固定一端自由(懸臂)、兩端固支等不同邊界條件下,以及受到不同載荷作用下,非局部尺度因子對(duì)其彎曲剛度的影響。基于梯度型非局部微分本構(gòu),利用迭代法求解了非局部梁的高階應(yīng)力表達(dá),并進(jìn)一步推導(dǎo)了梯度型非局部高階梁模型的控制方程,采用正則攝動(dòng)法求解了非局部彎曲撓度的級(jí)數(shù)解。結(jié)果表明:在梯度型非局部微分本構(gòu)框架下,納米結(jié)構(gòu)的非局部剛度可能降低也可能提高也可能不變,取決于納米梁的不同邊界支撐條件以及外載荷的具體形式。(2)利用非局部彈性理論中的剛度削弱模型研究了納米薄板的靜態(tài)撓度和橫向自由振動(dòng)響應(yīng)。通過(guò)迭代法推導(dǎo)了非局部應(yīng)力表達(dá),推得納米薄板的控制方程,求得四邊簡(jiǎn)支納米薄板的靜態(tài)撓度和振動(dòng)固有頻率的解析解,分析了小尺寸效應(yīng)、半波數(shù)以及納米薄板尺寸對(duì)靜態(tài)撓度和振動(dòng)頻率的影響。結(jié)果表明:隨著小尺度參數(shù)的增大,納米薄板的靜態(tài)撓度增大,等效剛度和固有頻率降低,靜態(tài)撓度和固有頻率隨著半波數(shù)的增大而增加,隨納米薄板長(zhǎng)寬的增加而減小。固有頻率隨著厚度的增加而增大。(3)采用納維法求解了四邊簡(jiǎn)支納米薄板在動(dòng)載荷作用下的位移,討論了小尺度參數(shù)、半波數(shù)和納米薄板三維尺寸對(duì)納米薄板受迫振動(dòng)的影響。結(jié)果表明:在均布動(dòng)載荷作用下,受迫振動(dòng)位移和振幅具有顯著的非局部效應(yīng),然而在脈沖動(dòng)載荷下,受迫振動(dòng)響應(yīng)不受非局部效應(yīng)的影響。在均布動(dòng)載荷作用下,受迫振動(dòng)的振幅隨著小尺度參數(shù)和半波數(shù)的增大而提高。在受迫振動(dòng)中其長(zhǎng)寬具有輪值對(duì)稱性,受迫振幅隨著長(zhǎng)寬的增加而增大,隨著厚度的增大而減小。(4)在細(xì)宏觀尺度下,設(shè)計(jì)并搭建了彈跳小球-薄板動(dòng)力學(xué)行為實(shí)驗(yàn)平臺(tái),通過(guò)提取和處理小球撞擊薄板的聲信號(hào),分析了激振頻率、振幅和小球質(zhì)量對(duì)碰撞間隔和強(qiáng)度的影響,得出小球-薄板碰撞間隔與碰撞強(qiáng)度都不是一個(gè)固定值,而是在一定區(qū)間內(nèi)呈現(xiàn)一種分布狀態(tài);隨著頻率和振幅的增大,小球-薄板碰撞間隔與碰撞強(qiáng)度增大;增大小球質(zhì)量,小球-薄板碰撞間隔與碰撞強(qiáng)度均減小。作為納機(jī)電系統(tǒng)中常見(jiàn)的納米薄板部件,本文研究全面揭示了二維納米薄板的力學(xué)性能特別是尺度依賴特性,并完善了非局部彈性理論模型,將為固體力學(xué)的發(fā)展提供有益的拓展和補(bǔ)充,同時(shí)為新型納米器件的性能預(yù)測(cè)和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：二維納米薄板 納機(jī)電系統(tǒng) 非局部理論 納維法 固有頻率 靜態(tài)彎曲 受迫振幅
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH113
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 研究背景11-15
• 1.1.1 納米科技簡(jiǎn)介11-13
• 1.1.2 納機(jī)電系統(tǒng)13-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況15-20
• 1.2.1 實(shí)驗(yàn)研究15-16
• 1.2.2 分子動(dòng)力學(xué)模擬16-17
• 1.2.3 改進(jìn)的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)17-20
• 1.3 非局部彈性理論基本架構(gòu)20-21
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容21-23
• 第二章 非局部高階梁理論與非局部效應(yīng)統(tǒng)一模型23-35
• 2.1 梯度型非局部梁的高階彎曲模型23-24
• 2.2 高階彎曲方程的正則攝動(dòng)解法24-28
• 2.3 數(shù)值算例與分析28-34
• 2.3.1 算例28-31
• 2.3.2 分析與討論31-34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 第三章 納米薄板的非局部靜態(tài)彎曲35-43
• 3.1 非局部納米薄板彎曲模型35-38
• 3.1.1 納米薄板非局部本構(gòu)關(guān)系35-37
• 3.1.2 非局部納米薄板橫向彎曲微分方程37-38
• 3.2 非局部彎曲撓度解析解38-40
• 3.3 算例分析40-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第四章 納米薄板的非局部自由振動(dòng)43-50
• 4.1 自由振動(dòng)模型43-45
• 4.2 固有頻率的求解45-46
• 4.3 數(shù)值算例與分析46-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 第五章 納米薄板的非局部受迫振動(dòng)50-58
• 5.1 非局部納米薄板受迫振動(dòng)控制方程50-51
• 5.2 均布動(dòng)載荷下的位移51-53
• 5.3 脈沖載荷下的位移53-54
• 5.4 算例分析54-57
• 5.5 本章小結(jié)57-58
• 第六章 彈跳小球-薄板系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)初步實(shí)驗(yàn)研究58-72
• 6.1 理想理論模型58-61
• 6.1.1 碰撞關(guān)系58-59
• 6.1.2 運(yùn)動(dòng)方程59-61
• 6.2 實(shí)驗(yàn)研究61-70
• 6.2.1 實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備61-62
• 6.2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容62-65
• 6.2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析65-70
• 6.3 本章小結(jié)70-72
• 第七章 總結(jié)與展望72-75
• 7.1 總結(jié)72-73
• 7.2 展望73-75
• 參考文獻(xiàn)75-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的科研成果81-82
• 致謝82-84

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2 楊吉新,張寶魁,左生榮;納米力學(xué)問(wèn)題與計(jì)算方法[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版);2004年04期

3 孫霽宇;佟金;;納米力學(xué)測(cè)量中的儀器校準(zhǔn)[J];電子顯微學(xué)報(bào);2006年S1期

4 林志,王艷麗,林均品,陳國(guó)良;納米力學(xué)探針的基本原理及其應(yīng)用實(shí)例[J];航空材料學(xué)報(bào);2001年04期

5 丁建寧,范真,楊繼昌,蔡蘭;多層耐磨硬涂層納米力學(xué)性能評(píng)定新方法[J];江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2002年02期

6 黃克智,吳堅(jiān),黃永剛;納米力學(xué)的興起[J];機(jī)械強(qiáng)度;2005年04期

7 趙宏偉;楊柏豪;趙宏健;黃虎;;單晶硅納米力學(xué)性能的測(cè)試[J];光學(xué)精密工程;2009年07期

8 姚遠(yuǎn),喬利杰,孫冬柏,褚武楊;氫對(duì)不銹鋼鈍化膜納米力學(xué)性能的影響[J];北京科技大學(xué)學(xué)報(bào);2003年06期

9 任露泉;王淑杰;韓志武;邱兆美;;典型植物葉片非光滑表面的納米力學(xué)特性[J];吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2007年05期

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1 孫霽宇;佟金;;納米力學(xué)測(cè)量中的儀器校準(zhǔn)[A];2006年全國(guó)電子顯微學(xué)會(huì)議論文集[C];2006年

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5 李凱;董友;羅小薇;;原位納米力學(xué)的新近研究[A];2004年中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2004年

6 黃學(xué)明;孫博華;;超高頻納米力學(xué)諧振子[A];科技、工程與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展——中國(guó)科協(xié)第五屆青年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2004年

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4 王悅明;三種生物梯度材料納米力學(xué)特性及仿生模型[D];吉林大學(xué);2013年

5 潘春祥;仿蜻蜓翅薄固體膜設(shè)計(jì)方法研究[D];吉林大學(xué);2012年

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7 張小冀;光學(xué)玻璃納米力學(xué)性能研究[D];大連理工大學(xué);2014年

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本文編號(hào)：774912