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光响应液晶弹性体自激振子的动力学行为分析

光响应液晶弹性体自激振子的动力学行为分析

作者：甘凤辉安徽建筑大学

学位级别：硕士

液晶弹性体是一种可变形的、有弹性的交联高分子智能材料,在外部刺激作用下会发生机械变形,其力学行为复杂而多样。光响应液晶弹性体是将光敏分子掺入液晶弹性体中合成的一种新型光致形变智能材料,能够在稳定光照下能够发生变形,甚至弯... 详细信息

液晶弹性体是一种可变形的、有弹性的交联高分子智能材料,在外部刺激作用下会发生机械变形,其力学行为复杂而多样。光响应液晶弹性体是将光敏分子掺入液晶弹性体中合成的一种新型光致形变智能材料,能够在稳定光照下能够发生变形,甚至弯曲。研究光响应液晶弹性体的力学行为对工业、生物和医疗等领域新型产品设计有着重要意义。自激振荡是系统在稳定的外部环境刺激作用下持续周期性运动的现象,具有直接从环境中获取能量、自主性和设备便携性等优点,在机械工程、声学、电子学和生物力学有广泛的应用。同步是自然界中最基本的现象之一,它存在于自然界中每个角落。研究两个或两个以上振子的自激振荡耦合现象及其集体运动,有助于构造更丰富和复杂的运动模型,使其在微型机器人中展示更多的功能。对于复杂的微主动机器人或微机器人,弄清其多个自激振子的耦合和集体运动是至关重要的。有鉴于此,本文在Finkelmann等人建立的液晶弹性体动力学模型基础上,分别构建了单个振子液晶弹性体自激振荡和两个振子的液晶弹性体自激耦合同步系统,详细研究了两个振子的自激振荡和同步运动现象,加深了对非平衡态动力学的理解,并丰富自激振荡理论体系。首先,本文提出了一种新型光响应液晶弹性体纤维弹性振子,该振子可以在稳定光照下实现自激振荡。基于已建立的液晶弹性体动力学模型,对系统的自激振荡进行了理论研究。详细推导了振荡过程的动力学控制方程,并进行数值计算。结果表明,弹性体振子的运动有振荡和静止两种模式。同时,进一步详细解释了系统自激振荡的机理,由于液晶弹性体纤维的光响应变形与质量块的运动相互耦合,使外部环境输入系统中的能量能够补偿阻尼耗散,进而维持系统的自激振荡。另外,还定量讨论了不同物理参数下触发自激振荡的临界条件。结果表明,纤维弹性常数、收缩系数、光照强度、重力加速度和阻尼系数可以调节系统的自激振荡,而初始速度不影响系统的运动模式。此外,进一步得出自激振荡的振幅随弹性常数、收缩系数和光照强度的增大而增大,或者随着阻尼系数和重力加速度的减小而增大。同时,增加弹性常数会使周期减小,而其他参数对周期影响不明显。初始速度则对自激振荡的振幅和周期没有影响。其次,本文基于光响应液晶弹性体自激振子,构建了一个由光响应液晶弹性体纤维和普通弹簧组成的两个振子的自激振荡耦合同步系统。从理论上研究了耦合振子在物理参数影响下实现同步的可能性和情况,详细推导了系统同步运动的控制方程。计算结果表明,在两个质量块的相互作用下,系统存在三种同步运动模式:静止模式、同相位模式和反相位模式。同时,通过计算关键物理量随时间的演化,发现同相位与反相位模式自激振荡的机理相似,并详细解释了同相位模式下自激振荡的机理。此外,还讨论了不同物理参数对同步运动下自激振荡的振幅和极限环的影响,得到了两个质量块产生自激振荡并实现同步运动的临界条件。结果表明,改变弹簧的弹性常数将影响系统自激振荡的同步模式、振幅和极限环。改变光照强度、收缩系数和阻尼系数对自激振荡的同步模式无影响,但是对自激振荡的振幅和极限环有影响。不同的初始条件对自激振荡的同步模式、振幅和极限环都没有影响。图[32]表[4]参[90]

关键词：液晶弹性体光响应振子自激振荡同步运动

振子及其耦合条件对圆窗激励式人工中耳性能影响的数值研究

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振动与冲击 2017年第4期36卷 12-20页

作者：徐丹刘后广田佳彬饶柱石程刚杨建华中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116 上海交通大学振动冲击噪声研究所机械系统与振动国家重点实验室上海200240

为研究振子及其耦合条件对圆窗激励式人工中耳植入性能的影响,建立了包括振子和隔膜在内的人耳有限元模型。该模型基于一无任何听力损伤病史的成年志愿者右耳,采用CT扫描和逆向成型技术建立而成,通过与相关文献的实验数据比对验证了模... 详细信息

为研究振子及其耦合条件对圆窗激励式人工中耳植入性能的影响,建立了包括振子和隔膜在内的人耳有限元模型。该模型基于一无任何听力损伤病史的成年志愿者右耳,采用CT扫描和逆向成型技术建立而成,通过与相关文献的实验数据比对验证了模型的可靠性。基于该模型,分析了圆窗上的初始预压力、振子和隔膜的设计参数变化对振子听力性能的影响。结果表明:振子横截面积越大,其对耳蜗的激励效果越差;隔膜的引入有利于提高振子的激振性能,在该研究范围内,较小的隔膜杨氏模量和厚度有利于提升振子的激振性能;振子质量的增加会恶化振子在高频段的植入性能;在圆窗上施加的初始预压力能够提高中高频段上对耳蜗的激振效果。

关键词：人工中耳圆窗振子隔膜有限元分析

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混沌吸引子在两个周期振子耦合下的相同步

物理学报 2005年第8期54卷 3491-3496页

作者：郝建红李伟华北电力大学信息工程系北京师范大学物理系

在分析了系统稳定的基础上,对非线性混沌吸引子在两个独立外周期振子耦合下的相同步进行了研究.与一个周期振子耦合的情况不同,两个周期振子对混沌吸引子的耦合具有排他性和竞争性,相同步在两个亚稳态交替出现,各自同步时间长度由外振... 详细信息

在分析了系统稳定的基础上,对非线性混沌吸引子在两个独立外周期振子耦合下的相同步进行了研究.与一个周期振子耦合的情况不同,两个周期振子对混沌吸引子的耦合具有排他性和竞争性,相同步在两个亚稳态交替出现,各自同步时间长度由外振子参数决定.确定了周期外振子参数与同步时间长度的关系并与数值模拟计算结果进行了比较.

关键词：混沌吸引子相同步振子周期耦合时间长度系统稳定计算结果数值模拟非线性竞争性亚稳态自同步

一类耦合非线性振子同步混沌Hopf分岔及其电路仿真

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物理学报 2005年第3期54卷 1064-1070页

作者：马文麒杨承辉北华大学理学院物理系吉林132013

对于一类同时存在扩散耦合和梯度耦合的非线性振子系统 ,通过空间傅里叶变换 ,得到具有不同波矢的各运动模式的相互独立的运动方程 .计算各横截模的Lyapunov指数 ,可在耦合参数平面上确定同步混沌的稳定区域 .在稳定区域边界 ,一对共轭... 详细信息

对于一类同时存在扩散耦合和梯度耦合的非线性振子系统 ,通过空间傅里叶变换 ,得到具有不同波矢的各运动模式的相互独立的运动方程 .计算各横截模的Lyapunov指数 ,可在耦合参数平面上确定同步混沌的稳定区域 .在稳定区域边界 ,一对共轭横截模式失稳 ,导致同步混沌的Hopf分岔 .对耦合Lorenz振子系统进行了数值模拟 ,并设计了耦合Lorenz振子系统的电路 ,进行耦合振子系统同步混沌Hopf分岔的电路仿真实验 .计算和仿真的结果表明 ,Hopf分岔的特征频率等于失稳横截模式的振荡频率 .

关键词：振子 Hopf分岔混沌相互独立耦合稳定区域共轭同步电路仿真振荡频率

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一类厄尔尼诺海-气振子机理的同伦解法

物理学报 2005年第3期54卷 993-995页

作者：莫嘉琪林万涛安徽师范大学数学系芜湖241000 中国科学院大气物理研究所北京100029

研究了一类厄尔尼诺南方海涛 (ENSO)机理耦合系统振荡 .利用同伦理论和摄动方法 ,较简便地得到了一类ENSO模型解的近似展开式 .

关键词：同伦振子摄动方法耦合系统振荡厄尔尼诺 ENSO 南方

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压电振子对压电泵极限输出压力的影响

西安交通大学学报 2013年第4期47卷 73-78页

作者：吴越杨志刚刘勇王兴元刘磊吉林大学机械科学与工程学院长春130025 潍柴动力股份有限公司山东潍坊261041

为了解决压电泵设计中极限压力计算及压电振子的选用问题,提出了一种在恒定电压下通过压电振子参数计算压电泵极限输出压力的方法。在弹性小变形的基础上,应用弹性力学板壳理论的相关内容,通过振子变形量相等引入等效集中力及振子出力... 详细信息

为了解决压电泵设计中极限压力计算及压电振子的选用问题,提出了一种在恒定电压下通过压电振子参数计算压电泵极限输出压力的方法。在弹性小变形的基础上,应用弹性力学板壳理论的相关内容,通过振子变形量相等引入等效集中力及振子出力系数概念对压电振子的输出力特性进行研究,得出了等效集中力和压电泵极限输出压力关于压电振子参数的解析表达式。使用Matlab在各参数的常用范围内对模型进行了计算,分析了压电振子各个参数对极限输出压力的影响方式及取值范围。分析及实验结果表明:胶水的弹性模量及各层材料的泊松比对总体性能影响较小,在振子设计中不做考虑;基板厚度在0.8mm以下时,输出压力随其厚度增加而线性增加;在基板厚度大于0.4mm、陶瓷厚度小于0.3mm的条件下,陶瓷厚度降低输出压力增加现象最为明显,并且计算数值解与实验结果吻合。

关键词：压电振子泵极限输出压力等效集中力

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一类厄尔尼诺海-气振子机理的摄动解

物理学报 2005年第9期54卷 3967-3970页

作者：莫嘉琪林万涛王辉安徽师范大学芜湖241000 中国科学院大气物理研究所北京100029 中国气象科学研究院北京100081

研究了一类厄尔尼诺南方海涛(ENSO)机理耦合系统振荡.利用摄动理论和方法,较简便地得到了一类ENSO模型解的一致有效的渐近展开式.

关键词：非线性摄动理论厄尔尼诺-南方涛动模型厄尔尼诺机理摄动解海-气振子渐近展开式系统振荡

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达芬-谐波振子的改进解析逼近解

振动与冲击 2004年第3期23卷 113-116页

作者：李鹏松吴柏生吉林大学数学学院力学与工程科学系长春130012

研究达芬 -谐波振子的解析逼近解。所谓达芬 -谐波振子是指当位移远小于 1时 ,系统可化为三次非线性振子 ,而当位移远大于 1时 ,该系统则化为线性谐波振子。通过将变形后的控制方程的线性化与谐波平衡法组合起来 ,我们建立了达芬 -谐波... 详细信息

研究达芬 -谐波振子的解析逼近解。所谓达芬 -谐波振子是指当位移远小于 1时 ,系统可化为三次非线性振子 ,而当位移远大于 1时 ,该系统则化为线性谐波振子。通过将变形后的控制方程的线性化与谐波平衡法组合起来 ,我们建立了达芬 -谐波振子频率及周期解的改进解板逼近。改进的解析逼近在振幅的全部取值范围内 ,包括振幅趋于零及无穷的情况。

关键词：振子逼近解无穷谐波平衡法周期解振幅线性化频率控制方程

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压电陶瓷薄圆片振子的厚度剪切振动

压电与声光 1994年第2期16卷 33-36,41页

作者：林书玉陕西师范大学应用声学研究所

本文研究了切向极化医电陶瓷簿圆片的厚度剪切振动，即扭转振动。利用压电方程及运动方程，推出了振子的机电等放电路，得出了振子扭转振动的输入电阻抗，并推出了其共振及反共振频率方程。由于振子的扭转振动与其截面形状有关，因此，... 详细信息

本文研究了切向极化医电陶瓷簿圆片的厚度剪切振动，即扭转振动。利用压电方程及运动方程，推出了振子的机电等放电路，得出了振子扭转振动的输入电阻抗，并推出了其共振及反共振频率方程。由于振子的扭转振动与其截面形状有关，因此，本文提出了振子的截面扭转系数的概念，并给出了实心及空心圆盘的截面扭转系数。本文理论对于扭转振动换能器设计理论的研究，以及压电陶瓷振子振动模式的系列研究具有一定的指导意义。

关键词：剪切振动扭转振动压电陶瓷振子