检索结果-南通市图书馆

作者：周强湘潭大学

学位级别：硕士

一维压电纳米梁结构在微纳机械电子系统中应用广泛,而压电纳米梁结构是其中重要的元器件,对其电学和力学性能的研究至关重要。基于有限元方法,在有限元软件中实现了压电纳米材料的有限元模拟。同时,建立了考虑表面效应的压电纳米梁理论... 详细信息

一维压电纳米梁结构在微纳机械电子系统中应用广泛,而压电纳米梁结构是其中重要的元器件,对其电学和力学性能的研究至关重要。基于有限元方法,在有限元软件中实现了压电纳米材料的有限元模拟。同时,建立了考虑表面效应的压电纳米梁理论模型,研究了压电纳米梁振动、屈曲和弯曲的相关问题。具体工作如下。首先,本文提出了一种在有限元软件中实现压电纳米材料的数值模拟的方法,在有限元软件ABAQUS中高效准确的实现了压电纳米材料的模拟。通过单位归一化法和引入表面效应很好的解决了有限元软件模拟压电纳米材料建模和尺度依赖的问题。以压电材料PZT-5H为例,详述了压电纳米结构在有限元软件中实现方法和计算过程,并计算了相应的频率和振型。此法具有通用性,不仅可以解决梁结构,对于板壳和实体结构同样适用。其次,基于本文建立的考虑表面效应和压电效应的Timoshenko梁理论模型,研究了压电纳米梁的振动与屈曲。表面效应采用Gurtin-Murdoch表面弹性理论。推导了压电纳米梁振动的控制方程,求解了简支、固支和悬臂三种边界条件下压电纳米梁的振型和频率,讨论了表面参数、压电参数、剪切变形和转动惯量对频率振型的影响。理论结果与前述有限元模拟结果吻合较好。另外,建立了考虑表面效应的压电纳米梁的屈曲理论模型。推导得出临界载荷电压的表达式,分析了临界载荷电压与纳米梁尺寸、表面效应的相关性。数值仿真结果表明,表面残余应力、表面弹性和表面压电对压电纳米梁的临界屈曲电压影响显著。最后,基于建立的考虑表面效应的压电梁理论弯曲模型,研究了压电纳米梁的弯曲问题。推导了考虑表面效应的压电纳米梁弯曲控制方程,求出了悬臂边界条件下压电纳米梁的挠度表达式。讨论了表面残余应力、表面压电、表面弹性对弯曲挠度的影响,结果表明表面效应对压电纳米梁的挠度具有显著的影响。

关键词：压电纳米材料表面效应振动频率临界载荷电压

超声响应的仿生纳米压电平台用于靶向高效溶栓

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超声响应的仿生纳米压电平台用于靶向高效溶栓

作者：邱壮南昌大学

学位级别：硕士

目的:深静脉血栓是一种严重的周围血管疾病,普通人群中发病率约为0.100%,若未得到有效治疗,将严重影响患者的生活质量,重则致残、致死,造成严重的社会经济负担。而静脉内注射溶栓药物是治疗深静脉血栓最常见、有效的策略,但大多数溶栓... 详细信息

目的:深静脉血栓是一种严重的周围血管疾病,普通人群中发病率约为0.100%,若未得到有效治疗,将严重影响患者的生活质量,重则致残、致死,造成严重的社会经济负担。而静脉内注射溶栓药物是治疗深静脉血栓最常见、有效的策略,但大多数溶栓药物的临床应用受到半衰期短、缺乏靶向性和剂量依赖性造成的出血风险等的限制。因此,开发出一种低剂量、体内循环时间长并主动靶向血栓部位从而进行深层次快速、有效、安全的早期溶栓平台十分必要。方法:使用水热法合成钛酸钡纳米颗粒,并且使用机械挤压共包覆法构建BTO/uPA@PM。在验证其体外生物相容性良好后,通过体外动态溶栓模型以及大鼠急性股静脉血栓模型对BTO/uPA@PM的溶栓疗效进行评估,最后对干预后大鼠体内生物安全性进行了评估。结果:从材料学、药物代谢动力学、细胞学、体内外不同溶栓模型以及免疫组织化学等不同的角度研究,并评估了BTO/uPA@PM的性能,包含体外药物释放能力、稳定性、体内外溶栓疗效、体内外血栓的靶向能力、体内外的生物相容性和安全性。证明了BTO/uPA@PM在溶栓早期干预的有效性和可行性。结论:本论文构建了超声可响应的BTO/uPA@PM溶栓平台,并在已建立的大鼠急性股静脉血栓模型中展现出优异的溶栓效果。这是压电纳米材料在靶向溶栓领域的首次应用,钛酸钡压电纳米材料在血栓性疾病中展现了广阔的三级预防和临床应用前景。

关键词：压电纳米材料仿生血小板膜超声靶向溶栓

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考虑表面效应的压电纳米梁非线性动力学研究

考虑表面效应的压电纳米梁非线性动力学研究

作者：陈博杰哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着科技的进步与发展,纳电子机械系统(NEMS)以及相关器件已被广泛应用于航空航天、深海勘探、军事、生物医学工程等多个前沿领域,是二十一世纪的高新技术。相对于微电子机械系统,NEMS器件体积小、成本低、功耗低,在获得更高基波频率的... 详细信息

随着科技的进步与发展,纳电子机械系统(NEMS)以及相关器件已被广泛应用于航空航天、深海勘探、军事、生物医学工程等多个前沿领域,是二十一世纪的高新技术。相对于微电子机械系统,NEMS器件体积小、成本低、功耗低,在获得更高基波频率的同时能保持更高的机械灵敏度。在纳电子机械系统中,一维压电纳米材料因其优越的力电特性被广泛应用于纳机电系统中,如:纳米谐振器。当纳米梁结构在较大的外加激励作用下或自身振动幅值较大时,其动力学行为具有明显的非线性效应,使用基于线性理论的分析误差较大。并且材料在纳米尺度下表现出的力学、物理、电学等性能与宏观尺度相比有很大的不同,所以研究压电纳米材料的动力学性能是设计和制造NEMS相器件的关键所在。本文基于表面压电模型和冯卡门几何非线性研究了考虑表面效应的两端固支压电纳米梁非线性自由振动、受迫振动以及动力稳定性的力学特性。依据表面压电模型建立了两端固支压电纳米梁自由振动和受迫振动的力学模型。基于欧拉伯努利梁理论和冯卡门几何非线性关系推导出两端固支压电纳米梁自由振动以及受迫振动的控制方程。进而,通过伽辽金积分把偏微分形式的控制方程转化成可以求解的常微分方程。运用林滋泰德—庞加莱法求解出压电纳米梁非线性受迫振动以及自由振动时的幅频关系。验证了推导出的控制方程的正确性,并分别讨论了两端固支压电纳米梁受迫振动和自由振动时尺度、电压以及表面效应各因素对梁振动的影响。依据表面压电模型建立两端固支压电纳米梁受参数载荷作用的力学模型。基于欧拉伯努利梁理论和冯卡门几何非线性关系推导出两端固支压电纳米梁动力稳定性方程。运用伽辽金法和增量谐波平衡法算出压电纳米梁动力不稳定性边界点进而确定动力不稳定区。在此基础上讨论了非线性、表面效应各因素、尺寸以及电压对梁动力不稳定性的影响。

关键词：纳米机电系统压电纳米材料表面效应非线性动力稳定性

基于非局部应变梯度理论的压电纳米多层结构的力电耦合特性分析

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基于非局部应变梯度理论的压电纳米多层结构的力电耦合特性分析

作者：罗天喜南昌航空大学

学位级别：硕士

压电纳米材料由于其优异的力学和电学性能,被设计成的智能器件具有灵敏度更高,能量转化率高,响应速度快,抗电磁干扰等优异特性,在工业、航空、医疗和民用等领域有着广泛的应用前景。采用压电纳米材料制成的驱动器的驱动功率大、方向性... 详细信息

压电纳米材料由于其优异的力学和电学性能,被设计成的智能器件具有灵敏度更高,能量转化率高,响应速度快,抗电磁干扰等优异特性,在工业、航空、医疗和民用等领域有着广泛的应用前景。采用压电纳米材料制成的驱动器的驱动功率大、方向性好、柔性好、可靠性高等优点,因而在航空航天领域得到应用广泛。例如,在飞机的结构健康监测的各种传感器中,压电纳米材料被大量用作执行器或传感器,提高飞机结构安全可靠性和降低运行成本的方法。在微纳米尺度下,压电材料会产生与宏观尺度下不同的力学特性,这种差异是由尺度效应引起的。在对压电纳米材料的力电耦合特性进行研究时,尺度效应的影响就非常有必要被考虑。然而,经典的理论模型对压电纳米材料的力电耦合进行特性预测时会产生非常大的误差。因此,在压电纳米结构的力电耦合分析中,引入一种可以描述尺度效应的方法相当重要。非局部应变梯度理论不仅考虑了非梯度的非局部弹性应力,而且考虑了高阶应变梯度应力的非局部性,使其在研究微纳尺度结构的力电耦合特性时不但能够很好描述尺度效应引起刚度软化现象,还能描述刚度硬化现象。本文基于非局部应变梯度理论从以下几个方面研究了压电纳米结构力电耦合特性:首先,基于非局部应变梯度理论和Timoshenko梁理论,研究了Winkler基础上夹芯压电纳米梁的非线性振动行为。模型为三层结构,顶层和底层为压电材料,夹芯层为非压电层。考虑了von-Karman型几何非线性,利用哈密顿原理推导了控制方程和相应的边界条件。采用伽辽金法和龙格—库塔法进行了数值分析。详细的研究了非局部参数、应变梯度参数、外加施加电压、Winkler基础参数以及梁的长厚比和剪切变形对压电纳米梁自由振动的影响。结果表明,随着长厚比的增大,非线性频率比减小。当非局部参数不小于应变梯度参数时,压电纳米梁表现出刚度软化效应。当非局部参数不大于应变梯度长度尺度参数时,压电纳米梁表现出刚度硬化效应。大长厚比和剪切变形都能减弱非局部应变梯度效应。另外,外加电压的变化对压电纳米梁的固有频率有显著影响,增加压电层的厚度可以提高结构的刚度。然后,基于Reddy三阶剪切变形理论和非局部应变梯度理论,研究了具有挠曲电的功能梯度压电纳米梁的非线性机电行为。模型的上层为压电层,与负载电阻相连,下层为功能梯度材料。考虑了von-Karman型几何非线性和Reddy三阶剪切变形。利用哈密顿原理得到了机电控制方程。采用伽辽金法计算了简支边界条件下Euler梁、Timoshenko梁和Reddy梁的线性和非线性固有频率、输出电压。分析了挠曲电常数、压电常数、应变梯度参数、非局部参数、幂律指数和几何尺寸对梁的非线性固有频率和输出电压的影响。结果表明,与Euler和Timoshenko梁理论相比,Reddy三阶剪切变形在相同振幅下的固有振动频率最低。在相同条件下,非线性振动的振动频率和输出电压均大于线性振动。此外,增大幂律指数对输出电压有增强作用,对非线频率比有降低的作用。最后,基于非局部应变梯度理论研究了功能梯度多孔夹芯纳米梁压电能量采集器模型在轴向压缩载荷下的非线性机电行为。根据Euler梁理论,讨论了三种不同类型功能梯度层的孔隙率分布。研究了不同类型分布、孔隙率系数、长度尺度参数、非局部参数、激励频率、集中质量和轴向载荷对纳米梁振动频率和输出电压的影响。结果表明:多孔材料的孔隙率分布、孔隙率系数、激励频率和轴向载荷对夹芯压电纳米梁的振动频率和输出电压有较大影响。轴向载荷和激励频率对梁的振幅也有影响。集中质量降低了结构的固有频率。当考虑非局部应变梯度时,临界屈曲载荷与非局部参数和应变梯度常数有关。另外,后屈曲过程输出的电压峰值明显大于前屈曲过程,考虑非线性振动可以提高机电转换效率。研究结果对压电式能量采集器的设计和应用具有一定的参考价值。

关键词：非局部应变梯度理论压电纳米材料多层结构非线性行为