基于非局部弹性理论的石墨烯纳米梁振动特性研究

论文摘要

由于结构尺寸的降低,石墨烯纳米带会产生明显的尺度效应,其谐振特性与宏观尺度相比必然有较大差异,研究方法也不尽相同,因此基于石墨烯纳米梁的振动特性研究对NEMS谐振式传感器的发展与应用有着重要意义。本文基于非局部弹性理论方法研究石墨烯纳米梁非线性振动特性,并采用分子动力学模拟方法验证该理论的适用性,将石墨烯纳米梁的振动特性研究从真空环境扩展到介质环境,为后续谐振式器件设计和工程应用奠定了理论基础。主要研究内容包括:首先,对NEMS器件以及石墨烯的性质与应用进行简单介绍,并对采用不同研究方法分析石墨烯谐振特性的研究现状进行了综述。其次,基于非局部弹性理论以及欧拉-伯努利梁模型来分析双端简支石墨烯纳米梁的非线性横向自由振动模型。利用哈密顿原理得到纳米梁横向振动的运动微分方程,应用He变分法得到系统固有频率的解析解。通过数值算例的求解与分析得到随石墨烯纳米梁长宽比的增加,固有频率显著减小;随振幅增加或温度增加,固有频率均有增加趋势;非局部参数对小尺寸纳米梁的固有频率有显著影响。再次,介绍了分子动力学模拟方法的基本原理、初始条件设置,给出了本文的分子动力学模拟环境、采用的仿真软件以及单层石墨烯纳米梁的分子动力学模拟流程,介绍石墨烯纳米梁的分子动力学建模过程。然后,通过分子动力学模拟,对石墨烯纳米梁的自由振动特性做了详细研究.分析了石墨烯纳米梁的驰豫、应力加载的分子动力学仿真结果,最后对石墨烯纳米梁的自由振动固有频率进行了仿真分析,验证了非局部弹性理论在单层石墨烯纳米梁非线性固有频率的适用性。最后,将在介质环境中石墨烯纳米梁阻尼振动特性与自由振动进行对比,发现在介质环境中,施加相同的均匀应力,由于阻尼的存在,可使石墨烯纳米梁更快的稳定在平衡位置小幅度波动;石墨烯纳米梁对较少的气体分子较为敏感,环境压强的增加会导致石墨烯自由振动的固有频率的减小,当环境压强增加到一定程度时,气体分子对纳米梁的作用有限。本文从非局部弹性理论分析方法和分子动力学模拟计算方法两方面分析石墨烯纳米梁的非线性谐振特性,为后续石墨烯纳米梁在谐振式传感器方面的应用提供了理论参考。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 田园

导师: 王卫东

关键词: 石墨烯纳米梁,非局部弹性理论,谐振特性,分子动力学

来源: 西安电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 力学,无机化工,材料科学

单位: 西安电子科技大学

分类号: O327;TB383.1;TQ127.11

DOI: 10.27389/d.cnki.gxadu.2019.000203

总页数: 78

文件大小: 5310K

下载量: 59

相关论文文献

• [1].半导体所等在多层石墨烯物理性质研究方面取得新进展[J]. 中国粉体工业 2012(02)
• [2].美利用电子成像技术分析石墨烯[J]. 中国粉体工业 2012(06)
• [3].全球首条石墨烯生产线明年8月投产 潜力巨大[J]. 中国粉体工业 2012(06)
• [4].天奈科技开发出碳纳米管与石墨烯复合锂电池助导剂[J]. 中国粉体工业 2016(03)
• [5].广西大学破解石墨烯制备难题 可大批量生产粉体材料[J]. 中国粉体工业 2016(03)
• [6].新的视觉体验 变色石墨烯泡沫创建“机械像素”[J]. 中国粉体工业 2016(06)
• [7].不完美石墨烯的“华丽蜕变”[J]. 中国粉体工业 2016(06)
• [8].石墨烯改变未来有望从这五大领域开始[J]. 中国粉体工业 2016(06)
• [9].德阳将打造“中国西部石墨烯产业先导基地”[J]. 中国粉体工业 2016(03)
• [10].科学家找到大规模生产纳米石墨烯薄片新方法[J]. 中国粉体工业 2012(02)
• [11].英国石墨烯相关产业研发呈下降趋势[J]. 中国粉体工业 2016(03)
• [12].青岛:以标准化为引领 促进石墨烯产业规范发展[J]. 中国粉体工业 2016(03)
• [13].业内专家:石墨烯大规模商业化应用还需10到15年[J]. 中国粉体工业 2016(03)
• [14].丰台园将打造国际石墨烯产业创新中心[J]. 中国粉体工业 2016(03)
• [15].川大成功制备石墨烯橡胶纳米复合材料[J]. 中国粉体工业 2015(04)
• [16].石墨烯能否成为“开启梦幻未来的钥匙”?[J]. 中国粉体工业 2016(05)
• [17].美研究人员开发新型微波法制备高质量石墨烯[J]. 中国粉体工业 2016(05)
• [18].浙大制得宏观石墨烯长纤维[J]. 中国粉体工业 2012(01)
• [19].构造石墨烯纳米结构的新进展[J]. 中国粉体工业 2009(05)
• [20].推开石墨烯的产业之门[J]. 中国建材资讯 2017(01)
• [21].石墨烯将承载未来变革产业领域希望[J]. 中国粉体工业 2015(04)
• [22].工信部:将组织实施“石墨烯+”行动 构建贯通上下游的产业链[J]. 中国粉体工业 2016(05)
• [23].资本热炒石墨烯 何难题困扰产业发展?[J]. 中国粉体工业 2016(05)
• [24].神奇的石墨烯[J]. 泰州科技 2011(09)
• [25].英国欲建造领军全球的石墨烯研究中心[J]. 中国粉体工业 2013(02)
• [26].石墨烯的研究进展[J]. 中国粉体工业 2013(04)
• [27].石墨烯产学研相结合 产业规模化即将形成[J]. 中国粉体工业 2013(04)
• [28].欧盟20亿欧元资助石墨烯工程[J]. 中国粉体工业 2013(02)
• [29].石墨烯坎坷的产业化之路[J]. 中国粉体工业 2013(02)
• [30].石墨烯产业化步伐悄然加快[J]. 中国粉体工业 2013(02)

标签：石墨烯纳米梁论文;  非局部弹性理论论文;  谐振特性论文;  分子动力学论文;