平动液晶弹性体纤维振子的热响应动力学行为研究

作     者：于汪洋 

作者单位：安徽建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李凯

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学] 

主      题：液晶弹性体 线性温度场 热驱动 自激振荡 非线性动力学 

摘      要：由于热传导和变形之间的耦合作用,在不均匀温度场中具有固定端部的液晶弹性体(LCE)纤维能够进行自振荡,自激振荡是一种可以直接从恒定的外部环境中获得能量以维持周期性运动的现象。在不均匀温度场中,平动的LCE纤维可以在给定的条件下进行自激振荡,因此在不均匀温度场中平动的LCE纤维的动力学具有很大的应用空间。然而,目前对弹性纤维体的研究大多停留在外部条件为静态的情况,事实上,在实际应用中,动态的外部条件存在于更多的应用场景。因此,若要将理论研究的方向进一步贴合实际应用,那么对弹性纤维体在动态条件下的研究就显得很有必要。本文即研究了在LCE纤维振子在无限快传热、快速传热以及常速传热这三种情况中,每种情况下在外部条件为静止、匀速平动、加速平动三种典型运动状态下,液晶弹性纤维体的自振荡情况以及主要相关参数对振荡频率、振幅以及平衡位置的具体影响。第二章研究了无限快传热情形下平动LCE纤维振子在不均匀温度场中的动力学行为。建立了线性温度场中平动的LCE纤维振子的理论模型以及推导了其在快速传热时的渐进关系,接着通过理论模型推导出无限快传热条件下的控制方程,然后利用控制方程和MATLAB模拟研究了无限快传热情况下纤维振子在框架静止、均匀平动和均匀加速平动三种典型的情况,发现最终均不能发展为周期性振荡,并且进一步研究给出了主要相关参数对振动的尖端振幅、反应时间以及平衡位置的具体影响;第三章研究了快速传热情形下平动LCE纤维振子在不均匀温度场中的动力学行为。通过理论模型和快速传热时的渐近关系,用MATLAB模拟研究了快速传热情况下纤维振子在框架静止、均匀平动和均匀加速平动三种典型的情况,发现最终均能发展为周期性振荡,并且进一步研究给出了主要相关参数对振荡的振幅、周期以及平衡位置的具体影响;第四章研究了常速传热情形下平动LCE纤维振子在不均匀温度场中的动力学行为。通过理论模型和控制方程和MATLAB模拟研究了常速传热情况下纤维振子在框架静止、均匀和均匀加速平动三种典型的情况,发现最终均能发展为周期性振荡,并且给出了主要相关参数对振荡的振幅、周期以及平衡位置的具体影响。本文突出了对LCE纤维动态情形下的研究,详细给出了平动LCE纤维振子的动力学行为,这些结果有望为微型机器人、能量收集器和临床手术场景领域的设计和运动控制提供一些有用的建议。