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《南京航空航天大学》 2005年
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一维纳米结构的若干力学问题

王立峰  
【摘要】:随着纳米科技的发展,纳米结构的力学问题日益受到关注。与宏观结构不同,纳米尺度结构需要考虑量子效应,表面效应,多场耦合效应,原子间存在长程 Van der Waals 力,且结构是离散的,宏观连续介质力学方法在纳米尺度的适用性需要经过验证。 本文以碳纳米管及铜纳米线等一维纳米结构为研究对象,采用连续介质力学分析与分子动力学计算相结合的方法,对单壁及多壁碳纳米管的屈曲、碳纳米管与刚性壁的碰撞、碳纳米管中纵波与弯曲波的传播、铜纳米线的表面效应引起的尺寸效应、铜纳米线的动力屈曲和纳尺度的温度问题等进行了研究。论文共计八章,其主要研究内容及学术贡献如下: (1) 研究了碳纳米管的屈曲及后屈曲。先用基于 Tersoff-Brenner 势的分子动力学方法研究单壁碳纳米管在轴向载荷下的非线性后屈曲行为,发现碳纳米管在后屈曲阶段近似为等力弹簧,其屈曲过程是能量吸收的过程,碳纳米管可作为很好的吸能元件。连续介质力学可以较好地给出碳纳米管的屈曲点,但只能给出近似的后屈曲行为。然后用分子动力学方法模拟了多壁碳纳米管在压缩、弯曲变形下力与变形的关系。通过与组成多壁碳纳米管的各单壁碳纳米管的比较分析,揭示了多壁碳纳米管层间 Van der Waals 力对碳纳米管力学性质的影响。采用 6-12 形式的Lennard-Jones 势描述碳纳米管壁间 Van der Waals 力。计算结果表明,多壁碳纳米管的比强度明显高于单壁碳纳米管。Van der Waals 力对杨氏模量影响不大,但对碳纳米管屈曲行为的影响却相当显著。 (2) 用分子动力学方法模拟碳纳米管与刚性壁的正碰撞过程,并与弹性动力学方法的分析结果进行对比。在分子动力学模拟中,采用 Tersoff-Brenner 势描述碳纳米管的原子间相互作用,用 6-12 形式的 Lennard-Jones 势描述碳纳米管与刚性壁间相互作用。结果表明,两种方法所得到的应力波传播速度吻合较好,应力波的传播过程是原子的动能和原子间势能的转化过程。与弹性动力学分析结果不同的是,在发生屈曲以前,碳纳米管与刚性壁的接触时间不仅与碳纳米管的长度近似成线性关系,还与管径及碰撞初速度有关。碰撞过程中,碳纳米管端部应力并非定值,但其平均值与弹性动力学计算结果相差不大。 (3) 用连续介质力学方法及基于 Tersoff-Brenner 势的分子动力学方法对比研究了碳纳米管中纵波的传播及频散问题。主要考虑了微结构对碳纳米管中纵波频散的影响。首先用分子动力学模拟了不同周期的纵波在碳纳米管中的传播。然后基于各种弹
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TB383

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前3条
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中国硕士学位论文全文数据库 前7条
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4 万良娇;考虑表面能效应时压电纳米线的非线性静动力学分析[D];湖南大学;2011年
5 邓容容;考虑表面能效应时载流纳米管的非线性动力学分析[D];湖南大学;2011年
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【参考文献】
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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4 赖雪飞,游贤贵,谢克难,黄学超,秦艳芳;金属包履型复合粉末的研究进展[J];四川有色金属;2005年03期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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6 戴余良;俞科云;王世明;苗海;;潜艇水下运动的分叉特性分析[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
7 熊秀娟;杨广彬;张平余;;烷基羟肟酸修饰纳米铜润滑油添加剂的制备及摩擦学性能研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
8 李恩重;杨大祥;郭伟玲;周新远;王海斗;徐滨士;;碳纳米纤维的制备及其复合材料在军工领域的应用[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
9 刘文光;陈国平;;含裂纹平板的振动特性及裂纹扩展分析[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)下册[C];2011年
10 杨卫;黄克智;;材料的多尺度力学与强韧化设计[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 任洪波;低密度SiO_2及其复合气凝胶的制备与特性研究[D];中国工程物理研究院;2010年
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3 杨勇;压力敏感性材料裂纹尖端场的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 杨敬源;井壁稳定性若干力学问题的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 谭淑媛;几种稀土发光材料的合成及发光性质的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 杨春;羟基磷灰石(HAP)材料制备及性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张旭;纳米CeO_2-TiO_2复合介孔材料的制备及性能[D];河北大学;2009年
2 李艳冰;二元稀土氟化物的控制合成及光学性能研究[D];安徽工程大学;2010年
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4 余波;惯性约束聚变的中子半影成像诊断系统和非线性重建方法研究[D];中国工程物理研究院;2010年
5 郭昭亮;含有预置缺陷的膨胀环动态断裂行为研究[D];中国工程物理研究院;2010年
6 王青尧;锑基纳米材料的水热法制备及表征[D];山东科技大学;2010年
7 田维亮;线切割废砂浆制备白炭黑及改性研究[D];山东科技大学;2010年
8 尹永琦;多端耦合量子点体系量子输运特性的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
9 陈东明;几种材料的液态结构和动力学性质的第一性原理研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
10 谭鑫鑫;稀土离子掺杂纳米晶ZrO_2-Al_2O_3复合粉体的制备及发光性质的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 金栋平;胡海岩;;PERIODIC VIBRO-IMPACTS AND THEIR STABILITY OF A DUAL COMPONENT SYSTEM[J];Acta Mechanica Sinica;1997年04期
2 邢誉峰;乔元松;诸德超;孙国江;;ELASTIC IMPACT ON FINITE TIMOSHENKO BEAM[J];Acta Mechanica Sinica;2002年03期
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中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 杨在林;SH波作用下半空间中夹杂与裂纹的相互作用[D];哈尔滨工程大学;2005年
2 张晨利;碳纳米管的等效弹性参量和屈曲行为分子动力学模拟研究[D];上海交通大学;2007年
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9 张忠强;流体在纳米微通道中的流动及传输特性研究[D];大连理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 宋震煜;纳米梁的非线性行为研究及单晶硅纳米薄膜杨氏模量的分子动力学模拟[D];东南大学;2006年
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【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 夏大勇;水电工程重型缆机架空索道系统动力学及可靠性研究[D];武汉大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 李霖圣;航天器虚拟振动试验系统研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 普志发,胡长文,孙根班;一维纳米结构材料的制备与组装[J];科技导报;2005年08期
3 金钦华;王跃林;李铁;;一维纳米结构的拉伸力学测试[J];微纳电子技术;2008年04期
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5 袁爱华;汪萍;沈小平;;一维纳米结构材料制备方法的研究进展[J];化学研究与应用;2006年02期
6 高程;贺跃辉;王世良;;一维纳米结构碳化钨的研究进展[J];中国钨业;2008年02期
7 李松;秦高梧;左良;;用于光催化环境修复的氧化钛一维纳米结构[J];材料与冶金学报;2011年04期
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10 解挺;焦明华;俞建卫;吴玉程;张立德;;准一维纳米材料制备方法的研究现状和发展趋势[J];材料科学与工程学报;2006年02期
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1 王训;过渡金属氧化物一维纳米结构液相合成、表征与性能研究[D];清华大学;2004年
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3 海阔;金属氧化物一维纳米结构和电子态调控研究[D];湖南师范大学;2011年
4 栗粟;氧化锌一维纳米结构的无催化剂可控制备及生长机制[D];清华大学;2011年
5 祝艳;溶致液晶模板法合成非晶态合金一维纳米结构[D];南京大学;2007年
6 樊巍;一维纳米结构电子输运性质的理论研究[D];中国科学院研究生院(理化技术研究所);2009年
7 徐伟宏;单根一维纳米结构器件的构筑及其性质研究[D];中国科学技术大学;2008年
8 曾春燕;过渡金属氧族化合物一维纳米结构的制备、自组装及性能研究[D];合肥工业大学;2013年
9 吴翟;硫属化合物半导体一维纳米结构的可控掺杂及其光电子器件研究[D];合肥工业大学;2013年
10 陈艳伟;ZnO、ZnO:In一维纳米结构材料的制备及其光伏器件[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈亚琦;三氧化钨一维纳米结构气敏性能研究[D];湖南师范大学;2009年
2 刘佳;半导体功能材料一维纳米结构的水热合成、表征与性能研究[D];东北师范大学;2007年
3 段玲;准一维纳米结构电子输运的梯度无序与结散射效应[D];湘潭大学;2011年
4 程亮;阳极氧化铝模板及一维纳米结构材料的制备研究[D];郑州大学;2009年
5 张普;一维纳米结构的若干力学行为分析[D];湖南大学;2011年
6 方铉;ZnO一维纳米结构的p型掺杂及同质结发光二极管的制备和物性研究[D];长春理工大学;2009年
7 曾春来;SnO_2一维纳米结构的控制生长与表征[D];湖南师范大学;2007年
8 龚晓丹;一维纳米结构材料的合成及其光致发光特性的研究[D];广东工业大学;2007年
9 李佩文;一维纳米结构TiO_2/碳纳米纤维复合材料的制备和用作锂离子电池负极材料性能的研究[D];北京化工大学;2013年
10 马永为;光电功能聚合物一维纳米结构模板法制备及浸润转变研究[D];青岛大学;2008年
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