一维和二维手性材料的力学模型研究

发布时间：2025-01-19 13:18

　　骨头、木头、植物卷须等手性生物材料在亚细胞等多个结构层次上含有螺旋微纤维等手性微结构。手性微结构不仅能够智能地调控生物材料的生长形貌、颜色等,还在很大程度上决定着材料的物理与力学性能,甚至是生物功能。手性微结构赋予材料性能相应的手性对称性,使其表现出明显的力-电、光-电等物理场的耦合以及拉-扭、弯-剪等力学变形的耦合。目前,对于手性材料的很多力学行为还不够清楚,甚至欠缺基本的力学模型。本文建立了一维和二维手性材料的力学模型,对手性材料的弯曲、振动等问题进行了分析。本文基于微极材料的非中心对称弹性理论和哈密尔顿原理,通过变分法建立了手性材料的铁木辛柯梁模型,推导了其运动方程。在材料手性影响下,该模型比非手性材料的铁木辛柯梁模型多了两个自由度,分别是沿梁的长度方向和宽度方向的微转角。在此基础上研究了悬臂梁和简支梁的静力弯曲和自由振动问题,分析了手性参数和长高比对于梁模型挠度、转角及自然频率的影响。另外,采用变分法建立了手性材料的板模型,推导了其运动方程。研究了四边简支板和两对边简支两对边自由板的静力弯曲和自由振动问题。分析了手性参数和长高比对于板的挠度、转角及自然频率的影响。最后,基于手性材...

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图1-1自然界中的手性材料和结构：(a)植物卷须；(b)蜗牛壳；(c)涡状星云；(d)DNA分

1.1研究背景和意义手性是指物体与其镜像不可重合的结构特性，起初是一个几何概念。一个物体具有手性是指其经过平移和转动等对称性操作不能与自身的镜像相重合。像我们的双手，左手与互成镜像的右手不能重合，这样的物体被称为手性体，具有左手性或者右手性。手性体与其镜像互称对映体，如果一个物....

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图1-2自然界中的手性微结构示意图：(a)螃蟹外骨骼螺旋矿物棒堆垛结构；(b)植物细多层螺旋面结构；(c)细菌鞭毛蛋白螺旋排列；(d)球形驼蝶螺断口截面螺旋纤维结构[12]Figure1-2Helicalmicrostructuresinnature:(a)Bo....

图1-3(a)DNA分子光镊实验原理示意图

NA分子光镊实验原理示意图[25]；(b)DNA分子磁镊实验原理a)OpticaltweezerstensiletestonDNAmolecules;(b)MagnetictwtestonDNAmolecules性碳管的力学研究。自从日本学者Iij....

图1-4碳管扭转过程图

第一章绪论扭转作用的单壁碳纳米管的屈曲行为，作者通过对比室温和极高温度两种不同件下模拟结果发现，较高的温度环境容易导致形成各种缺陷，从而更易于发生曲[33]。Liang等人应用经典的分子动力学和经验势方法，展示了单壁碳纳米管轴向变形与其扭转相耦合，小应变行为与手性和曲率诱发....

本文编号：4029025