基于高阶Cauchy-Born准则的单壁碳纳米管本构模型

提出了一种基于高阶Cauchy—Born准则建立单壁碳纳米管本构模型的方法。通过引入高阶变形梯度,合理地修正了传统Cauchy—Born准则在描述纳米管变形几何关系时所存在的缺陷。利用原子间相互作用势以及能量等效原理,得到了基于广义连续介质模型的单壁碳纳米管的本构关系。由此得到的本构参数不仅与变形梯度张量F,而且与其梯度F相关,因此是一种广义连续介质模型。利用这样的本构模型,本文还对单壁碳纳米管的杨氏模量进行了预测,并与采用其他方法得到的结果进行了对比,从而证实了所提出方法的有效性。     

不连续介质力学分析的块体-夹层模型

基于岩体等不连续介质的实际结构特征,利用约束变分原理,建立了可同时用于不连续介质和连续介质力学分析的块体 夹层模型．该方法利用拉格朗日乘子法和罚函数法把单元间的连续条件作为约束条件引入泛函中,把不连续介质问题和连续介质问题统一处理,既能方便地求解连续介质力学问题,更重要的是能方便地处理不连续介质力学问题,如岩体结构．由块体 夹层模型可导出刚性有限元和弹性有限元（常应变元）的列式,而且块体的形状可以是任意多边形     

径向压缩单壁碳纳米管的力学行为

寻求具有卓越性能而又易于制造的纳米开关是纳米科技界的一个研究热点. 首先基于碳纳米管的结构双稳性提出了一种纳米开关的原型设计, 其由关到开的转换可通过径向压缩实现; 然后利用基于REBO-II作用势的分子动力学模拟, 系统分析了径向压缩单壁碳纳米管的力学行为和不同纳米管的双稳性特征, 给出了一些纳米管双稳性的特征参数, 对于工程设计具有一定的指导意义.     

迅速发展的非线性连续介质力学研究

迅速发展的非线性连续介质力学研究白以龙中国科学院力学研究所,北京１０００８０关键词非线性连续介质力学;牛顿力学;混沌;复杂性２０世纪中、后期以来,自然科学观正在经历一个重大的转变,即从确定论,还原论的看法又向前跃进了一步,如周光召在１９９５年全国科学...     

分子动力学模拟的冷冻原子法

通过分析分子动力学过程粒子运动的基本特征,提出分离不同性质、不同量级的原子快运动和慢运动进行模拟的思想,建立了适用于这两种运动弱耦合情况的冷冻原子方法,该方法可使分子动力学模拟收敛速度有明显改善．并能得到更为精确的结果．     

肺微循环内血液流动的连续介质整体模型

本文提出一种一维连续介质整体模型和相应的方程组,将之应用于肺循环內的血液流动问题,得到了封闭形式的分析解。分析表明,本文所得的结果与冯元桢采用片流理论所得的结果完全一致。     

复合材料层合板低速冲击损伤分析的连续介质损伤力学模型

针对复合材料层合板低速冲击损伤问题,提出了一种各向异性材料连续介质损伤力学模型,模型涵盖损伤表征、损伤起始判定和损伤演化法则3 个方面. 通过材料断裂面坐标下的损伤状态变量矩阵完成损伤表征,并考虑断裂面角度的影响,建立了主轴坐标系下的材料损伤本构关系. 损伤起始由卜克(Puck) 失效准则预测,损伤演化由断裂面上的等效应变控制,服从基于材料应变能释放的线性软化行为. 模型区分了纤维损伤和基体损伤,并根据冲击载荷下层内产生多条基体裂纹继而扩展至界面形成层间裂纹(分层) 的试验观察,引入基体裂纹饱和密度参数表征层间分层. 以[0₃/45/-45]_S 和[45/0/-45/90]_4S 两种铺层的复合材料层合板为例,预测了不同冲击能量下复合材料层合板的低速冲击损伤响应参数,试验结果证明了连续介质损伤力学模型的有效性.模型在不同网格密度下的计算结果表明单元特征长度的引入可以在一定程度上降低损伤演化阶段对网格密度的依赖性.     

循环加载作用下皮肤应力软化的连续介质模型

皮肤组织作为富含纤维的非均匀材料,具有复杂的力学特性．皮肤组织在循环加载作用下,随着循环次数的增加,加载过程的应力响应逐渐降低,并最终达到不随循环次数增加而改变的稳定状态,这种现象被称为应力软化行为．本文对加载过程中纤维的延展机制对宏观力学响应的影响进行研究,认为在外界载荷较小时该机制主导了宏观层次上的应力软化行为,随着外界载荷的增大,拉伸过程中微观结构损伤的演化开始产生影响,而且此时内部微观结构的演化由两种机制共同影响,据此建立了连续介质模型,将宏观尺度上应力软化行为和微观结构的演化相关联．将所获得的应力响应理论结果与猪离体头部皮肤在循环加载作用下的实验结果进行对比分析,证明了该模型能够合理地描述皮肤组织在循环加载作用下的应力软化行为．     

纳米力学的数值模拟方法

纳米力学是一支新兴学科,主要研究100nm以下尺度上物质的行为和变化规律.物质在纳米尺度上所具有的特殊效应如量子效应、微尺度效应等导致了其特异的性能和行为.人们对纳米力学行为的认识,目前主要通过试验观测和数值模拟等方法.本文概要回顾了分子动力学模拟、蒙特卡罗模拟等纳米力学计算方法的研究进展及现状,提出了以量子力学为基础、多学科交叉、多层次融合发展纳米力学研究方法的构思,并对纳米力学研究方法所面临的问题及其发展趋势做了初步展望.      

金沙江虎跳峡河段岸坡变形破坏的相关动力因子研究

石墨层和单臂碳纳米管都是以C---C共价键结合的. 在小变形条件下C---C键的势能可用谐和函 数来描述，这与梁单元的变形能具有相同的形式，因此可以用梁单元等效C---C键的作用. 提出了一种C---C键的等效梁单元有限元模型，该模型能够完备地替代谐和势描述C---C键的 伸长、面内键角变化、离面键角变化和扭转. 通过分析石墨层的典型受载情况得到了等效梁 单元的参数，以及等效梁单元参数与谐和势参数的关系，并用该模型计算了单臂碳纳米管的 杨氏模量和泊松比，计算结果为相关文献所验证.     

关于热波理论的研究

当热传导服从经典的Fourier定律时,温度场由抛物型方程所控制,热扰动以无限大速度传播。在通常情况下,热波的迅速衰减掩盖了这种佯谬。但对于热爆炸,热核聚变,快速化学反应,强激光与物质相互作用这样一些时间尺度极短(与从非平衡态达到局部平衡态的时间相比)的情形,需对Fourier定律进行修正。本文从Cattaneo方程及其唯象修正,Boltzmann演化方程,分子动力学数值模拟以及连续介质热力学理论四个方面对热波理论近20年的进展进行了评述,并对热波的实验验证及数值分析的某些重要结果进行了介绍,且提出了关于热波非弹性理论的新认识,讨论了可能的应用前景。     

Flow and field induced instabilities in a smectic C liquid crystal

This paper discusses the possibility of flow induced instabilities occurring in smectic C liquid crystals by examining appropriate solutions of a recently proposed continuum theory for such materials. These preliminary calculations suggest that results rather similar to those obtained for nematics some twenty years ago are equally likely in smectics.Paper originally intended for publication in Vol. 31/5, Special Issue dedicated to Gianfranco Capriz, but omitted due to an unfortunate misunderstanding.     

纳米碳管与刚性壁的正碰撞

用分子动力学方法模拟纳米碳管与刚性壁的正碰撞过程,并与弹性动力学方法的结果进行对比在分子动力学模拟中,采用Tersoff-Brenner势描述碳管的原子间相互作用,用6~12形式的Lennard-Jones势描述碳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与弹性动力学分析结果不同的是,在发生屈曲以前,纳米碳管与刚性壁的接触时间不仅与纳米碳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,纳米碳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.     

纳米镍板裂纹扩展的分子动力学模拟和宏微观分析

建立了半无限弹性纳米镍板Ⅰ型裂纹扩展的二维分子动力学计算模型。采用镶嵌原子法描述原子间作用,模拟了纳观裂纹区在远场常应变率作用下变化直至起始扩展的过程。同时基于原子势函数和二维正三角形晶格常数计算材料弹性参数,进行连续介质力学断裂分析。分子动力学模拟和宏微观分析均得到裂纹起始扩展的临界时刻、裂尖应力场和原子平均能量。二者的结果比较表明本文的二维简化模型和模拟方法可以准确地描述Ⅰ型裂纹扩展的物理本质,基于原子势函数和晶格常数的连续介质力学分析也是一种可行的研究纳米材料断裂的方法。     

Fluid flow in charged nanotubes

The dynamics of fluid flow through nanochannels is different from those in macroscopic systems. By using the molecular dynamics simulations, we investigate the influence of surface polarity of nanotube on the transport properties of the water fluid. The nanotube used here resembles the carbon nanotube, but carries charges of q on some atoms; overall, the nanotube is charge-neutral. Our simulation results show that water flux decreases sharply with the increasing of q for q < 1.6 e; however, the water flux for shells far away from nanotube wall increases slightly when q > 1.6 e. The mechanism behind the interesting phenomenon is discussed. Our findings may have implications for development of nano-fluidic devices and for understanding the movement of confined fluid inside the hydrophilic nanochannel.