细胞微管力学性能的有限元模拟

发布时间：2020-02-07 18:28

【摘要】：细胞是生物体基本的结构和功能单位。一个细胞的结构刚度及几何形状在很大程度上由细胞骨架决定。细胞骨架的主要成分是微管、微丝和中间纤维。这些蛋白质聚合物对于细胞内的物质运输、细胞器的移动、细胞有丝分裂过程中染色体的运动及细胞壁的形成等都具有十分重要的作用。微管是强度最高的细胞骨架构件,其轴向刚度显著高于微丝和中间纤维刚度,但在弯曲时又能表现出很高的柔韧性。研究其力学性能与结构的关系可以促进对生物体生理过程机理的深入理解并推动仿生材料科学的发展。尤其微管的原纤维之间的滑移在实验中已经被观察到,这种滑移对微管的力学性能有较大的影响。因此本文将就相关的议题进行下列两方面的研究:一原纤维之间的滑移对微管弯曲性能的影响。采用微管的分子结构力学模型,其中微管原纤维之间的相互作用以等效梁单元Beam2来表征,在模型的自由端分别施加弯矩和横向力,通过改变Beam2的三个刚度,即使三个刚度分别变为原值的6 610 10--倍,探讨原纤维滑移产生的条件并在不同的边界条件下计算微管的弯曲挠度和等效弯曲刚度。结果表明纤维之间的滑移是导致微管的等效弯曲刚度随长度改变的主要原因。该研究中获得的微管结构与其力学行为的关系可为未来类微管结构微智能材料的设计和研究提供有益的指导。比如研究结果表明,通过改变其原纤维之间的相互作用力的大小,可以控制其弯曲性能。二原纤维之间的滑移对微管自由振动的影响。通过经典欧拉梁模型计算微管自由振动的频率并与基于分子结构力学模型得到的频率进行比较。在两种不同的边界条件下(两端固支和悬臂),欧拉梁模型过高的估计了微管(长度直径比L/D310)横向自由振动的频率。其与分子结构力学模型的误差随着振动阶数的增加(m(28)4,5,6)或者“波长-直径”比(L/(m D))的减小而变大。这种差异可以通过非局部理论进行很好的解释。在微管的弯曲中,原纤维之间的滑移提供了非局部参数e_0a可能产生的物理根源。在此之前,e_0a的物理起源在非局部力学理论中没有能够得到清楚的解释。这一发现说明在微管中非局部效应的影响通过原纤维之间的滑移降低了微管的自由振动的频率,这种滑移的程度可以通过非局部参数e_0a来表征。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q27;TB115

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 王晓纯,增田雄市郎,徐秉业;正交异性板弯曲刚度系数的反分析方法[J];北方工业大学学报;1996年01期

2 徐蕾;易曙辉;;粘合布弯曲刚度的计算[J];纺织基础科学学报;1993年02期

3 赵跃宇;周海兵;金波;刘伟长;;弯曲刚度对斜拉索非线性固有频率的影响[J];工程力学;2008年01期

4 王辉;邓玉芳;;承载式车身弯曲刚度的测试与分析[J];科技信息;2013年21期

5 袁强飞;;机身等直段截面弯曲刚度有限元等效计算方法[J];科技信息;2013年17期

6 赵友苗;关于薄板理论中的假设条件和刚度的讨论[J];南昌大学学报(工科版);1993年01期

7 吴庆雄;李浏;陈宝春;;考虑弯曲刚度的拉索面内固有振动的理论计算公式[J];工程力学;2010年11期

8 郑艳平;朱厚军;;具有横向裂纹轴的弯曲刚度研究[J];船舶工程;2006年05期

9 乔巍;姚卫星;;复合材料加筋板铺层优化设计的等效弯曲刚度法[J];计算力学学报;2011年01期

10 孙书蕾;毛建良;彭雄奇;;考虑纤维弯曲刚度的橡胶-帘线复合材料各向异性超弹性本构模型[J];应用数学和力学;2014年05期

相关会议论文 前1条

1 郭旭;张腾;;单壁碳纳米管弯曲刚度的研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

相关博士学位论文 前1条

1 唐超;弹性薄壁结构的流固耦合数值研究[D];中国科学技术大学;2015年

相关硕士学位论文 前5条

1 潘月;服用面料粘合后的力学与热湿传递性能研究[D];浙江理工大学;2016年

2 郭志刚;细胞微管力学性能的有限元模拟[D];江苏大学;2016年

3 马瑞雅;跑鞋中足弯曲刚度对跑步生物力学特征和主观评价的影响[D];北京体育大学;2015年

4 孙良凤;短索张力和弯曲刚度的识别方法研究[D];浙江大学;2010年

5 巩鑫龙;架空线弯曲刚度的实验研究[D];华北电力大学;2013年

，

本文编号：2577266