基于非局部弹性理论的充液双壁碳纳米管振动特性分析

基于非局部弹性理论和Flügge壳理论,建立了充液双壁碳纳米管振动方程,计算了简支边界条件下碳纳米管的振动固有频率。用数值计算方法,分析了波数、几何参数和材料参数对振动频率的影响,并对比了局部和非局部弹性理论对结果的影响。结果表明,随着碳纳米管长度和半径的增大,振动频率逐渐减小;且随着小尺度参数的增大,频率也呈下降趋势。     

基于非局部理论的黏弹性地基上欧拉梁自由振动特性分析

基于非局部黏弹性理论,针对非局部阻尼欧拉梁在非局部黏弹性地基上的振动特性问题进行研究。首先通过引入广义Maxwell黏弹性模型、速度相关型外阻尼模型以及非局部黏弹性地基模型,建立了欧拉梁的振动控制方程。然后利用传递函数方法得到了不同边界条件下欧拉梁固有频率及相应模态振型的封闭解。通过与文献中已有研究结果进行对比验证了所建模型的正确性,并在此基础上分析了欧拉梁非局部参数、黏弹性参数、地基非局部参数、刚度及长度等影响因素对固有频率的影响情况。结果表明,所建的动力学模型及计算分析方法对解决非局部阻尼欧拉梁在非局部黏弹性地基支撑下的动力学问题准确有效。     

轴向运动超薄梁的非局部动力学分析

基于非局部弹性理论,建立了两端受初始张力的轴向运动超薄梁横向振动的控制方程。与现有的一些仅仅在控制方程中考虑非局部效应的研究不同,该文同时将非局部效应引入到两种典型的边界条件中,考察了非局部参数对超薄梁横向振动行为尤其是固有频率和临界速度的影响。结果表明:超薄性使得轴向运动梁的自由振动固有频率及临界速度降低,经典弹性理论高估了纳米尺度结构的弯曲刚度,轴向运动超薄梁的动力学行为存在明显的非局部尺寸效应。     

考虑非局部应变梯度效应的轴对称压电纳米圆板热-力-电耦合振动EI北大核心CSCD

基于非局部应变梯度理论和Mindlin板理论,研究了热‐力‐电多场耦合下轴对称压电纳米圆板的振动特性。通过Hamilton原理推导了非局部应变梯度本构框架内的运动方程,采用微分求积法数值求解了理论模型微分方程组,分析了压电纳米圆板的振动固有频率受内尺度参数与外场参数的影响。压电纳米圆板的固有频率随着非局部参数的增大而减小,随着应变梯度特征参数的增大而增大。当非局部参数小于应变梯度特征参数时,纳米圆板表现出刚度硬化行为;当非局部参数大于应变梯度特征参数时,表现出刚度软化行为。当非局部参数等于应变梯度特征参数时,纳米圆板的刚度退化为相应的经典连续介质理论结果。此外,固有频率随着径向压力和正电压的增大而减小,随着径向拉力和负电压的增大而增大,随着温差的增加而小幅减小。特别地,研究发现当径向载荷和电压增大到一定程度时,纳米圆板出现了振动失稳现象,并分析了非局部参数与应变梯度特征参数对失稳临界径向载荷及临界电压的影响。     

考虑小尺度效应的微圆轴扭转振动

在微机电系统中,微纳米构件常常表现出尺度效应。基于非局部弹性理论,建立了微圆轴的扭转振动模型,并结合3种常见的边界条件,给出了具体的算例。结果表明:对比于经典连续力学,非局部弹性理论预言的圆轴扭转振动固有频率下降,并且微圆轴的外特征尺度即横截面半径越小,二者相差越大;振动频率的阶数越高,影响也越明显。随着截面半径的增加,振动频率下降并且非局部尺度效应逐渐消失。同时考察了扭转振动的模态函数和相对转角,发现前者与经典弹性理论结果一致。此外还讨论了材料内禀尺度的选取问题,以数值算例证明了内禀尺度与材料晶格常数非常接近,晶格常数可近似用作微纳米力学中材料的内禀尺度参数。     

锥形纳米管纵向振动固有频率

研究变截面锥形纳米管/棒的纵向振动问题。由于其控制方程涉及变系数微分方程,提出适用范围广、简单精确的积分方程方法求解该问题,基于经典弹性杆理论与非局部弹性杆理论分别给出几种边界条件下的固有频率计算。对一端固定一端附加集中质量的碳纳米管的纵向振动,给出共振基频的近似简单表达式。与其它方法所得数值结果对比表明该方法有效。     

基于非局部理论的轴向运动黏弹性纳米板的参数振动及其稳定性

研究了轴向运动黏弹性二维纳米板结构的非局部横向参数振动及其稳态响应。利用哈密顿原理推导了问题模型的控制方程,应用多尺度法分析了带有周期脉动成分的变速运动黏弹性纳米板的失稳现象。根据边界条件及复模态法可确定模态函数的表达,讨论了其特例匀速运动时固有频率与小尺度参数的关系,重点探讨了当脉动频率为两阶固有频率之和或者为某阶固有频率二倍时所发生的和型组合参数共振及主参数共振。结果表明,小尺度参数的存在使得轴向运动黏弹性纳米板的弯曲刚度及固有频率减小,并导致组合参数共振失稳区域减小但主参数共振区域增大,同时削弱了黏弹性系数对主参数共振区域的影响。同等条件下,黏弹性系数对组合共振区域的影响更为明显。     

任意边界条件非局部弹性杆纵振特性分析

基于非局部弹性理论,研究了弹性边界约束条件下杆结构纵向振动特性。在非局部杆两端引入纵向约束弹簧,通过设置相应弹簧刚度系数,可以得任意经典边界及其组合情况下非局部杆结构纵振问题。非局部弹性杆纵振位移采用一种改进傅立叶级数进行展开,在标准傅立叶级数基础上构造附加函数,以使纵振位移在整个求解域内足够光滑。通过联合求解非局部纵振微分方程与弹性边界约束条件获得系统特征矩阵。通过与现有文献中不同边界条件非局部弹性杆纵振模态数据进行对比,充分验证了所构造模型的正确性。在此基础上讨论了边界约束刚度系数和非局部特征参数对非局部弹性杆纵振特性的影响。与现有方法相比,该方法能够统一考虑任意边界条件,当边界条件改变时不需要对理论推导和计算程序进行重新修改,实现了非局部弹性杆纵振特性分析的最为一般情况。     

磁场下黏弹性基体中输流纳米管稳定性分析

基于非局部连续介质理论，应用哈密顿原理建立轴向磁场作用下黏弹性基体中固支输流单层碳纳米管（Single-walled Carbon Nanotube,SWCNT）系统振动微分方程，应用微分变换法(Differential Transformation Method,DTM)求解该振动方程，着重研究黏弹性基体、轴向磁场、小尺度效应耦合作用时该系统的振动稳定性问题。数值计算结果表明：输流碳纳米管无论是否嵌入黏弹性基体中，磁场的作用均能提高系统的稳定性，而小尺度系数的增加则降低系统稳定性。黏弹性基体的阻尼系数加大系统的振动耗能，当阻尼系数处于较大数值时，系统振动能量迅速耗散，在管内流体流速还处于较低数值时系统即产生发散失稳现象。进一步研究表明在考虑小尺度效应、轴向磁场与基体耦合作用时，较强的轴向磁场可以降低小尺度效应、基体阻尼系数对系统的影响；即使存在小尺度效应，对于弹性系数较大的基体，其阻尼系数对振动系统的影响程度仍大大降低。     

黏弹性基体中变截面挠曲电Timoshenko纳米梁振动特性研究EI北大核心CSCD

以黏弹性基体中的Timoshenko纳米梁为研究对象,综合考虑非局部效应、截面非均匀性、压电效应和挠曲电效应的影响,建立了变截面挠曲电纳米梁的自由振动控制方程,基于摄动理论给出了典型边界条件下结构自由振动控制方程的传递函数求解方法,较系统研究了非局部参数、截面非均匀性、挠曲电系数以及基体黏弹性对结构振动特性的影响规律。结果表明:增大截面锥度能减小结构固有频率对非局部效应的敏感程度,并带来结构临界阻尼系数的减小;增大非局部参数能削弱结构固有频率对截面锥度的敏感程度;增大切向挠曲电系数f_(3131)可削弱结构对横向挠曲电系数f_(3131)的敏感程度,而增大横向挠曲电系数f_(3131)却增加结构对切向挠曲电系数f_(3131)的敏感程度。相关研究成果可为挠曲电纳米梁在俘能器中的推广应用提供理论基础。     

Thermo-mechanical vibration of a single-walled carbon nanotube embedded in an elastic medium based on nonlocal elasticity theory

A single-elastic beam model has been developed to analyze the thermal vibration of single-walled carbon nanotubes (SWCNT) based on thermal elasticity mechanics, and nonlocal elasticity theory. The nonlocal elasticity takes into account the effect of small size into the formulation. Further, the SWCNT is assumed to be embedded in an elastic medium. A Winkler-type elastic foundation is employed to model the interaction of the SWCNT and the surrounding elastic medium. Differential quadrature method is being utilized and numerical solutions for thermal-vibration response of SWCNT is obtained. Influence of nonlocal small scale effects, temperature change, Winkler constant and vibration modes of the CNT on the frequency are investigated. The present study shows that for low temperature changes, the difference between local frequency and nonlocal frequency is comparatively high. With embedded CNT, for soft elastic medium and larger scale coefficients (e₀a) the nonlocal frequencies are comparatively lower. The nonlocal model-frequencies are always found smaller than the local model-frequencies at all temperature changes considered.     

冲击荷载作用下早强EPS混凝土的力学性能

采用&;#61542;100mm分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,简称SHPB）试验装置,对养护龄期分别为12h、24h和36h的早强聚苯乙烯混凝土（EPS）进行了冲击压缩试验,得到了相应的应力-应变曲线,并与养护龄期为28d的聚苯乙烯混凝土（EPS）的应力-应变曲线进行比较。结果表明：养护龄期为36h、28d的EPS混凝土随着应变率的增加,其冲击压缩强度也相应增加;养护龄期为12h、24h的EPS混凝土随着应变率的增加,其冲击压缩强度变化不明显。另外,还研究了试件动态抗压强度与平均应变率的关系和养护龄期对动态抗压强度的影响,证明了EPS混凝土的抗冲击性能随养护龄期的增长而增加。     

微尺度输流管道考虑热效应的流固耦合振动分析

研究热环境中输送微流体的微尺度管道流固耦合振动问题。根据线性热弹性理论建立系统振动控制方程,并利用复模态法对其进行求解,得到了系统的固有频率和屈曲失稳临界流速,讨论了温度变化、微尺度效应及管道壁厚对系统振动特性的影响。研究结果表明：提高环境温度会降低系统的固有频率和临界流速;管道和流体的微尺度效应分别会使临界流速升高和降低,但微流体的这种影响会随着温度的升高而逐渐减弱并最终消失;管壁较薄（外径接近微尺度特征尺寸）时,壁厚的变化对固有频率的影响很大,而管壁较厚时,温度变化对固有频率的影响更为明显。     

Does vibration amplitude influence the evaluation of nonlocal small scale parameter of single layered graphene sheets?

ABSTRACT

This study aims to evaluate the nonlocal small scale parameter for large amplitude vibration of single layered graphene sheets (SLGSs) comparing nonlinear resonant frequencies obtained via nonlocal continuum and molecular dynamics (MD) simulations. Nonlinear governing equations of motion are numerically solved employing the pseudo-spectral method to obtain the frequency response. Results reveal that the calibrated small scale parameter decreases when the vibration amplitude increases. Also, from MD simulations it is seen that for all length sizes after an ultimate vibration amplitude around 31% length size, the graphene sheets start to fracture.     

Nonlocal plate model for nonlinear analysis of thin films on elastic foundations in thermal environments

Postbuckling, nonlinear bending and nonlinear vibration analyses are presented for a simply supported stiff thin film resting on a two-parameter elastic foundation in thermal environments. The stiff thin film is modeled as a nonlocal orthotropic plate which contains small scale effects. The elastomeric substrate with finite depth is modeled as a two-parameter elastic foundation. The thermal effects are included and the material properties of the substrate are assumed to be temperature-dependent. The governing equation that includes plate-foundation interaction is solved by a two-step perturbation technique. The numerical results reveal that the small scale parameter e₀a reduces the postbuckling equilibrium paths, the static large deflections and natural frequencies, but increases the nonlinear to linear frequency ratios of the thin film slightly. The results also reveal that the effect of the small scale parameter is significant for compressive buckling, but less pronounced for static bending and marginal for free vibration of the thin film resting on an elastic foundation.     

碰摩转子刚度增加现象的相位特征

研究了碰摩转子刚度增加现象的相位特征。转子与定子的全局碰摩在通过并远离临界转速后仍然可以持续。理论证明了,发生稳态全局碰摩时,该现象具有确定的相位特征,即激励与响应的相位差随着转速的增加逐渐接近 。当激励与响应的相位差略微大于 后,相位突然转迁到接近 。此时,全局碰摩结束,振幅跳跃到非碰摩运动状态。结合解析和数值结果,解释了这一现象以及其物理机制,并对全局碰摩失稳后,系统运动状态的相位特征进行了初步探讨。