發(fā)布時間：2020-05-27 03:08

【摘要】：納米元件的振動特性研究是當(dāng)前納米力學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。本文以碳納米管、壓電納米梁/板和撓曲電納米梁/板為研究對象,開展了粘彈性基體中典型納米元件的振動特性問題研究,建立了納米元件振動特性分析的非局部理論模型,給出了適用于該問題求解的分布參數(shù)傳遞函數(shù)方法,并系統(tǒng)研究了非局部效應(yīng)、壓電效應(yīng)、撓曲電效應(yīng)、磁場及基體粘彈性等因素對納米元件振動特性的影響。論文主要研究內(nèi)容如下:建立了粘彈性基體中單壁碳納米管(SWCNT)振動特性分析的非局部理論模型。通過引入廣義Maxwell粘彈性模型、Winkler粘彈性地基模型和洛倫茲力,基于非局部Euler梁模型建立了粘彈性基體中SWCNT在縱向磁場影響下的振動控制方程,利用傳遞函數(shù)方法給出了一般邊界條件下SWCNT固有頻率的封閉解。通過與文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行對比,驗(yàn)證了所建理論模型和求解方法的準(zhǔn)確性,并在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)研究了非局部參數(shù)、邊界條件、磁場強(qiáng)度和粘彈性基體等因素對SWCNT振動特性的影響。建立了粘彈性基體中雙壁碳納米管(DWCNT)振動特性分析的非局部理論模型。綜合考慮粘彈性基體、縱向磁場、管壁間范德華力等因素影響,建立了粘彈性基體中DWCNT在縱向磁場影響下的振動控制方程,得到了一般邊界條件下DWCNT固有頻率的傳遞函數(shù)解,并討論了非局部參數(shù)、邊界條件、磁場強(qiáng)度和粘彈性基體對DWCNT振動特性的影響。結(jié)果表明,存在最優(yōu)長細(xì)比使得DWCNT固有頻率對縱向磁場的敏感度最高。建立了粘彈性基體中變截面SWCNT振動特性分析的非局部理論模型�？紤]變截面因素影響,建立了粘彈性基體中變截面SWCNT在縱向磁場影響下的振動控制方程,聯(lián)合攝動理論與傳遞函數(shù)方法,得到了一般邊界條件下變截面SWCNT的固有頻率,并詳細(xì)討論了非局部參數(shù)、磁場強(qiáng)度、錐度等因素對變截面SWCNT振動特性的影響,指出非局部效應(yīng)對變截面SWCNT固有頻率的影響程度隨錐度和磁場強(qiáng)度的增大而顯著減小。建立了粘彈性基體中壓電納米梁熱-機(jī)電振動特性分析的非局部理論模型。綜合考慮尺度效應(yīng)、壓電效應(yīng)和熱-電-力耦合作用力等因素影響,建立了粘彈性基體中壓電納米梁的振動控制方程,并得到了一般邊界條件下壓電納米梁固有頻率的傳遞函數(shù)解。通過系統(tǒng)研究非局部參數(shù)、邊界條件、外電壓、溫度變化梯度和雙軸向力等對振動特性的影響,指出存在最優(yōu)長細(xì)比使得壓電納米梁固有頻率對外電壓、溫度變化梯度和雙軸向力的敏感度最高。建立了粘彈性基體中撓曲電納米梁振動特性分析的非局部理論模型。綜合考慮納米梁的非局部效應(yīng)、壓電效應(yīng)、撓曲電效應(yīng)以及基體粘彈性,推導(dǎo)了系統(tǒng)的振動控制方程,然后利用傳遞函數(shù)方法得到了一般邊界條件下?lián)锨娂{米梁固有頻率的封閉解。通過參數(shù)影響分析,指出撓曲電效應(yīng)可提高納米梁的結(jié)構(gòu)剛度,且其影響程度隨長細(xì)比和非局部參數(shù)的增大而減小,隨外電壓和頻率階次的提高而增大。建立了粘彈性基體上壓電納米板熱-機(jī)電振動特性分析的非局部理論模型�；诜蔷植縆irchhoff板模型,綜合考慮非局部效應(yīng)、壓電效應(yīng)、基體粘彈性以及熱-電-力耦合作用力等因素影響,建立了粘彈性基體上壓電納米板的振動控制方程。針對非局部理論難以寫出系統(tǒng)能量泛函顯示表達(dá)式這一難點(diǎn),提出了適用于壓電納米板熱-機(jī)電振動特性分析的Galerkin條形傳遞函數(shù)方法,給出了壓電納米板固有頻率的半解析解,并進(jìn)一步研究了非局部效應(yīng)、邊界條件、粘彈性基體、外電壓、溫度變化梯度以及雙軸向力等因素對振動特性的影響。建立了粘彈性基體上撓曲電納米板振動特性分析的非局部理論模型。根據(jù)Hamilton原理,推導(dǎo)了粘彈性基體上撓曲電納米板振動特性分析的振動控制方程,通過Galerkin條形傳遞函數(shù)方法求得了一般邊界條件下?lián)锨娂{米板固有頻率的半解析解,并詳細(xì)討論了非局部參數(shù)、邊界條件、撓曲電系數(shù)、溫度變化梯度和粘彈性基體等因素對振動特性的影響�？傊�,本文基于非局部理論建立了適用于粘彈性基體中典型納米元件振動特性分析的理論模型和傳遞函數(shù)求解方法,相關(guān)結(jié)論可為納米元件在納米傳感器、微納米機(jī)電系統(tǒng)和納米發(fā)電體等領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。
【圖文】：

氧化鋅-聚碳酸酯（ZnO-PC）納米發(fā)電體的FESEM圖像及其示意圖
【學(xué)位授予單位】：國防科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1
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本文編號：2682853