湿热条件下碳纳米管的非线性静动力学行为研究
本论文以碳纳米管为研究对象，采用Euler–Bernoulli梁模型，综合考虑温度、相对湿度、几何非线性、范德华力等因素，系统地对湿热条件下碳纳米管的粘附、屈曲与后屈曲、动力稳定性等静动力学行为进行了研究，从物理机理和工程应用角度分析了其力学行为的本质特性。本论文的主要研究工作具体如下： 1.基于连续介质力学，研究了湿热条件下碳纳米管的粘附行为。考虑相对湿度、温度以及范德华力等因素的影响，对碳纳米管在剥离过程中受基底的范德华势进行精确积分，并建立了碳纳米管在湿热条件下从基底剥离的模型。运用有限差分法对碳纳米管的位移函数在空间域内进行离散，并通过路径跟踪法对其进行求解。数值计算结果表明，相对湿度越大，碳纳米管的剥离力越大；当温度升高，剥离力变小；然而，相对湿度为恒定值时，剥离力对温度的变化并不敏感；随着剥离距离不断增大，剥离力逐渐变小。 2.基于结构稳定性理论，考虑温度、相对湿度以及碳纳米管与基底间的初始距离等因素，对碳纳米管在轴向荷载与基底范德华力作用下的屈曲和后屈曲行为进行了研究。采用Euler–Bernoulli梁模型，建立了碳纳米管在湿热环境中的后屈曲控制方程，运用半解析法和伽辽金法对碳纳米管的后屈曲问题进行求解，确定了碳纳米管在湿热环境中的后屈曲路径。结果表明，碳纳米管与基底间的范德华力随着相对湿度的增加而变大,进而影响碳纳米管的稳定性；在高温环境中碳纳米管的稳定性随温度升高而降低，在低温环境中碳纳米管的稳定性随温度升高而增强；碳纳米管的横向位移随着径长比的增加而减小，一阶屈曲模态下，碳纳米管的径长比不会对其无量纲屈曲临界荷载产生影响。 3.基于连续介质力学和结构稳定性理论，建立了碳纳米管在湿热条件下受到轴向周期性的激励时产生参数振动的控制方程。采用伽辽金法和增量谐波平衡法将控制方程转换成增量矩阵形式的线性方程组。在数值算例中，得出了湿热条件下碳纳米管的主要动力不稳定区域，碳纳米管的稳定性随相对湿度增加而降低；高温环境中碳纳米管的稳定性随温度的升高而降低，而低温环境中碳纳米管的稳定性随温度的升高而改善；当扰动频率大于碳纳米管的固有振动频率时，温度和相对湿度对碳纳米管的稳定性影响更显著。
碳纳米管;动力稳定性;湿热条件;非线性静动力学行为
吉首大学
硕士
物理学
杨红;毕仁贵
2021
中文
TB383
2021-12-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）