非局部应变梯度—速度梯度理论及其在纳米结构振动与屈曲问题中的应用

基本信息
批准号:11602204
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:22.00
负责人:张波
学科分类:
依托单位:西南交通大学
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:沈火明,刘娟,邓莎莎,张鑫,王宇星,张英蓉
关键词:
屈曲振动非局部应变梯度—速度梯度理论尺度效应高阶惯性效应
结项摘要

A large amount of experimental and numerical simulation results show that the deformation behaviors of materials at micro-/nano-scale have remarkable size effects. In addition, it has been found that there is an association between the dynamic behaviors of such materials and higher- order inertia effects induced by its motion. Due to neglecting the influences of material constants related to structural scale parameters in the constitutive relations, the classical continuum theory fails to yield consistent results with actual situations when it is applied to analyze the above mentioned problems. Against this background, this project will established a nonlocal strain gradient combined velocity gradient theory in which the strain gradient and velocity gradient are introduced into the deformation energy and kinetic energy of materials respectively and the nonlocality of the stress, momentum, higher-order stress and higher-order momentum fields is taken into account. The mathematical forms of thermodynamics equations, linear and angular momentum equations, virtual work equation followed by conventional linear elastic materials will be reformulated in forms suitable to cope with size effects combined higher-order inertia effects of micro-/nano-scale materials, from which the constitutive relations, governing equations and boundary conditions can be obtained. Afterwards, the uniqueness of the solutions of the boundary value problems will be proved. Based on the newly proposed theory, size-dependent continuum models of nano-beams, nano-plates and cylindrical nano-shells will be set up, and then they will be applied for analyzing the vibration and bucking characteristics of carbon nanotubes and graphenes. The research results of this project are hoped to provide theoretical reference for the design and application of nanodevices based on carbon nanotubes and graphenes.

众多实验以及数值模拟结果表明,微纳米尺度下材料的变形行为具有尺度效应。另外,研究者发现某些材料的动力学行为与运动所引起的高阶惯性效应存在关联性。采用经典连续介质力学分析以上问题时,由于忽略材料微观结构的影响,所得结果将与物理事实不符。本课题以尺度效应和高阶惯性效应为背景,在材料变形和运动中分别引入应变梯度和速度梯度的作用,假定应力、动量、高阶应力、高阶动量均具有非局部性,拟构建反映两类效应共同作用的非局部应变梯度-速度梯度理论模型。 对传统线弹性材料所遵循的热力学方程、动量方程、角动量方程以及虚功方程的数学形式进行重构,建立相应的本构方程、平衡方程以及边界条件,证明边值问题解的唯一性。基于所发展的理论,建立纳米梁、板和圆柱壳等的连续统模型,运用它们分析碳纳米管和石墨烯的振动与屈曲特性。研究成果有望为以碳纳米管和石墨烯为基础的纳米器件的设计和应用提供理论参考依据。

项目摘要

当结构或材料的几何特征尺寸减小至微纳米尺度时,由于材料在空间分布上的不连续性致使约束面内变形的形式不同, 因而微构件的力学行为将呈现出显著的尺度依赖性。事实上, 当材料或结构的特征长度与其内禀长度相当时,材料变形的尺度效应将不可忽略。另外,研究者发现某些微构件的动力学行为与运动所引起的高阶惯性效应存在关联性,因而构件振动频率会发现违反常规的增大现象。通过引入反映材料或结构特征尺寸的参数来表征尺度效应以更好地描述其力学特性,建立材料或结构的尺度效应的连续介质力学理论具有重要的理论和现实意义。在该项目资助下,课题围绕微尺度梁板结构的振动及屈曲问题进行理论建模和数值方法相关的研究,取得的研究成果如下: (1) 本文基于非局部应变梯度理论,利用多尺度建模思想,采用变分方法建立了轴向运动纳米梁的非线性动力学控制方程和相应的边界条件。通过引入两个尺度参数,非局部参数和材料特征长度参数,考察了系统多种振动行为的尺度效应问题,其中包括自由振动、自激振动、参激振动、强迫振动、内共振和联合振动; (2) 建立了高阶梯度理论下分析微尺度Euler-Bernoulli梁、Timoshenko梁、Reddy梁、kirchhoff 板以及Mindlin 板结构的振动与屈曲的微分求积有限元方法; (3) 非局部-应变梯度-速度梯度本构模型构造失败。以上成果为微构件工程实际中的应用提供若干有价值的参考结果。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

DOI:10.16507/j.issn.1006-6055.2021.09.006
发表时间:2021
3

低轨卫星通信信道分配策略

低轨卫星通信信道分配策略

DOI:10.12068/j.issn.1005-3026.2019.06.009
发表时间:2019
4

中国参与全球价值链的环境效应分析

中国参与全球价值链的环境效应分析

DOI:10.12062/cpre.20181019
发表时间:2019
5

卫生系统韧性研究概况及其展望

卫生系统韧性研究概况及其展望

DOI:10.16506/j.1009-6639.2018.11.016
发表时间:2018

张波的其他基金

批准号:51571201
批准年份:2015
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:51277107
批准年份:2012
资助金额:84.00
项目类别:面上项目
批准号:61234006
批准年份:2012
资助金额:310.00
项目类别:重点项目
批准号:59777008
批准年份:1997
资助金额:11.00
项目类别:面上项目
批准号:30800739
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81803674
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10673002
批准年份:2006
资助金额:26.00
项目类别:面上项目
批准号:50507010
批准年份:2005
资助金额:8.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11501075
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60474066
批准年份:2004
资助金额:22.00
项目类别:面上项目
批准号:81171907
批准年份:2011
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:20907030
批准年份:2009
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71471173
批准年份:2014
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81773197
批准年份:2017
资助金额:54.00
项目类别:面上项目
批准号:61171070
批准年份:2011
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:51302279
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81401428
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31272391
批准年份:2012
资助金额:85.00
项目类别:面上项目
批准号:30600603
批准年份:2006
资助金额:8.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11326097
批准年份:2013
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:61301051
批准年份:2013
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61703438
批准年份:2017
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61505125
批准年份:2015
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41772207
批准年份:2017
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:51401131
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61076082
批准年份:2010
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:60742002
批准年份:2007
资助金额:8.00
项目类别:专项基金项目
批准号:81501888
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51504090
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61605185
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81100512
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60771010
批准年份:2007
资助金额:28.00
项目类别:面上项目
批准号:81572003
批准年份:2015
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:51479043
批准年份:2014
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81101479
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10474107
批准年份:2004
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:81803464
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30901211
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71271210
批准年份:2012
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:81600175
批准年份:2016
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81571693
批准年份:2015
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:50937001
批准年份:2009
资助金额:200.00
项目类别:重点项目
批准号:31170158
批准年份:2011
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:71071155
批准年份:2010
资助金额:27.00
项目类别:面上项目
批准号:51365046
批准年份:2013
资助金额:55.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81460566
批准年份:2014
资助金额:45.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:11071244
批准年份:2010
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:90820007
批准年份:2008
资助金额:50.00
项目类别:重大研究计划
批准号:81872077
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:40601058
批准年份:2006
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31171937
批准年份:2011
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:U1831136
批准年份:2018
资助金额:50.00
项目类别:联合基金项目
批准号:41602225
批准年份:2016
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60576052
批准年份:2005
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:61103069
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31770012
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:21503079
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11673051
批准年份:2016
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:10703010
批准年份:2007
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50177009
批准年份:2001
资助金额:21.00
项目类别:面上项目
批准号:81372292
批准年份:2013
资助金额:73.00
项目类别:面上项目
批准号:10373005
批准年份:2003
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:61801511
批准年份:2018
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10973006
批准年份:2009
资助金额:40.00
项目类别:面上项目
批准号:31300683
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41071243
批准年份:2010
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:11205155
批准年份:2012
资助金额:30.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:39670807
批准年份:1996
资助金额:9.00
项目类别:面上项目
批准号:21875042
批准年份:2018
资助金额:68.00
项目类别:面上项目
批准号:81201605
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:91738102
批准年份:2017
资助金额:85.00
项目类别:重大研究计划
批准号:21677097
批准年份:2016
资助金额:67.00
项目类别:面上项目
批准号:61306127
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50905118
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31372010
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:71873137
批准年份:2018
资助金额:49.00
项目类别:面上项目
批准号:81871361
批准年份:2018
资助金额:54.00
项目类别:面上项目
批准号:51879063
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:11673007
批准年份:2016
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81273099
批准年份:2012
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:31500367
批准年份:2015
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81872018
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:51771212
批准年份:2017
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:U1866212
批准年份:2018
资助金额:260.00
项目类别:联合基金项目
批准号:81301978
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:20405016
批准年份:2004
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11274330
批准年份:2012
资助金额:92.00
项目类别:面上项目
批准号:30570691
批准年份:2005
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:81773403
批准年份:2017
资助金额:45.00
项目类别:面上项目
批准号:31101377
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81800580
批准年份:2018
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30860032
批准年份:2008
资助金额:25.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:39070522
批准年份:1990
资助金额:2.00
项目类别:面上项目
批准号:51379114
批准年份:2013
资助金额:79.00
项目类别:面上项目
批准号:51437005
批准年份:2014
资助金额:350.00
项目类别:重点项目
批准号:30170364
批准年份:2001
资助金额:19.00
项目类别:面上项目
批准号:81472487
批准年份:2014
资助金额:72.00
项目类别:面上项目
批准号:41076110
批准年份:2010
资助金额:50.00
项目类别:面上项目
批准号:61771116
批准年份:2017
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:81570698
批准年份:2015
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:11273011
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:30770830
批准年份:2007
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:61572326
批准年份:2015
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:51777109
批准年份:2017
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:51879151
批准年份:2018
资助金额:54.00
项目类别:面上项目
批准号:81872065
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:51101157
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30600726
批准年份:2006
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41272217
批准年份:2012
资助金额:99.00
项目类别:面上项目
批准号:31160058
批准年份:2011
资助金额:48.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:71073005
批准年份:2010
资助金额:27.00
项目类别:面上项目
批准号:21177084
批准年份:2011
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:51171200
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:51304042
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31400011
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51065025
批准年份:2010
资助金额:29.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31560451
批准年份:2015
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51706043
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51106120
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31672100
批准年份:2016
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81100549
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81572931
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:40701140
批准年份:2007
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61802022
批准年份:2018
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81672480
批准年份:2016
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:70503002
批准年份:2005
资助金额:16.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11073046
批准年份:2010
资助金额:40.00
项目类别:面上项目
批准号:61379093
批准年份:2013
资助金额:81.00
项目类别:面上项目
批准号:11626234
批准年份:2016
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目
批准号:91430102
批准年份:2014
资助金额:65.00
项目类别:重大研究计划
批准号:61803094
批准年份:2018
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51375312
批准年份:2013
资助金额:95.00
项目类别:面上项目
批准号:91648112
批准年份:2016
资助金额:70.00
项目类别:重大研究计划
批准号:31860440
批准年份:2018
资助金额:39.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31101140
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10771214
批准年份:2007
资助金额:24.00
项目类别:面上项目
批准号:31771927
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:19973002
批准年份:1999
资助金额:12.00
项目类别:面上项目
批准号:81372714
批准年份:2013
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:21506214
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51907188
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10671201
批准年份:2006
资助金额:16.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

应变梯度依赖的饱和土的应变局部化分析

批准号:10202024
批准年份:2002
负责人:鲁晓兵
学科分类:A1301
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
2

梯度纳米结构铜应变控制疲劳机制研究

批准号:51471172
批准年份:2014
负责人:卢磊
学科分类:E0103
资助金额:85.00
项目类别:面上项目
3

基于应变梯度的结构损伤监测理论与技术研究

批准号:51605052
批准年份:2016
负责人:黄文彬
学科分类:E0503
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
4

应变梯度理论的非协调数值研究和杂交元方法

批准号:10172078
批准年份:2001
负责人:吴长春
学科分类:A0813
资助金额:18.00
项目类别:面上项目