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[转载]油气井杆管柱力学在微米/纳米系统中的应用前景
physics100 2012-10-9 14:58
油气井作业中的杆管柱在充满流体的狭长井筒内工作,在各种力的作用下,处于十分复杂的变形和运动状态;油气井杆管柱力学已经初步形成系统,并在石油工程上得到了越来越广泛的应用。随着碳纳米管材料和微机械在现代应用科学领域的异军突起,在该领域中也遇到了类似的杆管柱强度和作业问题。本文基于对油气井杆管柱力学的认识和理解,从跨学科应用的角度出发,探索油气井杆管柱力学在微机械和碳纳米管领域的应用前景。 http://dlib.cnki.net/kns50/detail.aspx?dbname=CJFD2010filename=XBKJ201009008
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【报告】柔性电子异质结构热-机械翘曲分析
yahuang 2009-8-28 21:27
2009年8月24-26日参加了中国力学学会学术大会2009的柔性电子器件力学的专题研讨会,与会者有美国西北大学黄永刚教授,清华大学冯雪副教授、以及来自华中科技大学、浙江大学、西安交通大学、宁波大学等高校的年轻教授,我本人做了柔性电子异质结构热-机械翘曲分析的报告。摘要如下: 柔性电子是建立在柔性和可延性基板基础上的新兴电子技术,与传统电子最根本区别在于以柔性基板取代传统的刚性基板,具有良好的柔性和延展性,在使用过程中要经得起反复的拉伸、卷曲和折叠,从而对材料的力学性能、创新性的结构设计和高效高精制造技术提出了挑战。当柔性电子的性能可相当于传统脆性半导体所建立的微电子时,由于其高移动性、透明、轻质和柔性等特点,必将促使许多新的应用,例如,柔性显示器、太阳能电池、机敏皮肤、可穿着电子、健康检测、分布式传感器/作动器等,在国防、能源、医疗、军事、信息等领域具有重要应用价值。 本文研究了弯曲/延展电子的温度效应,通过揭示制造和使用中的三个关键温度(室内温度、沉积温度和工作温度)对结构的应力、应变、波长等影响加以展现,可用于可靠性结构设计和热翘曲行为分析等。首先,介绍了可伸缩柔性电子的制备过程,以及本文中采用力、热混合作用产生预应力制备方法的特点。其次,根据无机薄膜和有机基板界面处的应变连续性建立分析模型,研究了无机材料和温变有机材料混合结构在整体翘曲情况下,基板弹性模量温度效应对薄膜-基板结构柔性电子中的应力/应变的影响,以及薄膜-基板结构的整体翘曲行为。发现了由温度和外部载荷共同作用诱导的几何非线性,从结果中可以发现温度对应变的变化曲线存在极点,但是单独在温度或力作用下不会产生非线性现象。并对温度进行敏感度分析,可发现关键参数k对结构应力应变的影响。由于极点的存在,通过调节参数k弥补有机基本和无机薄膜热膨胀系数失配引起的内部应力变化,可从理论上消除工作温度变化引起的内部应力变化,极大的提高周期性温度载荷作用下结构的可靠性,如周期性温度作用下的太阳能电池、卫星天线系统。然后针对薄膜-基板结构的局部翘曲行为,研究了温度对含温变材料的结构临界应变、波长和波幅的影响规律,可预测不同温度下的结构翘曲波长、波幅等。分析了温度作用下结构的临界应变,并得到临界翘曲工作温度与室温、沉积温度,以及基板厚度关系。并将临界应变与实际温度作用下薄膜的应变进行比较,得到临界工作温度(由工作温度直接产生翘曲)。最后,通过计算了薄膜的峰值应变,及其与温度的映射规律,得到伸缩电子制备中的最大允许预应变,这通常是薄膜极限应变的几十倍。通过近似理论结果与有限元仿真结果进行比较分析,得到了温度对翘曲结构的影响规律。 本文为分析温度对柔性电子的影响提供了一个基本方法,包括关键温度,临界翘曲温度,温变材料结构的临界应变、波长和波幅等,有助于柔性/伸缩电子的制备,如光刻的套准精度,结构可靠性和热管理,以及橡胶基板制备进行优化(包括耦联浓度(cross-linker concentration),烘烤温度和时间等),以及伸缩电子的翘曲行为的预测和微结构控制等。
个人分类: 科研|6220 次阅读|2 个评论
【论文】闭合曲面上的应力屈曲形态仿真瓜果蔬菜形状
yahuang 2009-6-15 20:51
Abstract: Many natural fruits and vegetables adopt an approximately spheroidal shape and are characterized by their distinct undulating topologies. We demonstrate that various global pattern features can be reproduced by anisotropic stress-driven buckles on spheroidal core/shell systems, which implies that the relevant mechanical forces might provide a template underpinning the topological conformation in some fruits and plants. Three dimensionless parameters, the ratio of effective size/thickness, the ratio of equatorial/polar radii, and the ratio of core/shell moduli, primarily govern the initiation and formation of the patterns. A distinct morphological feature occurs only when these parameters fall within certain ranges: In a prolate spheroid, reticular buckles take over longitudinal ridged patterns when one or more parameters become large. Our results demonstrate that some universal features of fruit/vegetable patterns (e.g., those observed in Korean melons, silk gourds, ribbed pumpkins, striped cavern tomatoes, and cantaloupes, etc.) may be related to the spontaneous buckling from mechanical perspectives, although the more complex biological or biochemical processes are involved at deep levels. 应力是影响有机与无机世界里各种生长过程的重要因素,因此是生长与形态研究所必须考虑的关键因素。近年来,国际上关于应力驱动结构失稳在薄膜上引起的各种花样的研究取得了许多重要的进展。这些研究对于理解各种花样包括皱纹、材料断裂、薄膜表面形貌提供了深入的认识。但是,在这些工作了所涉及的都是有开放边界的曲面或平面,它们在拓扑学上都是亏格数为1的表面。对于亏格数为0的闭合曲面上的应力屈曲形态及其在理解自然方面的意义则鲜有涉及。 该系列的最新研究工作以 Stress-driven buckling patterns in spheroidal core/shell structures 为题发表在美国《国家科学院院刊》 (PNAS 105,1932,2008)上 。
个人分类: 烩面|4917 次阅读|3 个评论

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