系統識別號 | U0002-0802200615363900 |
---|---|
DOI | 10.6846/TKU.2006.00143 |
論文名稱(中文) | 具等向性彎曲剛度但無自發扭曲之長細螺旋杆的彈性性質 |
論文名稱(英文) | Elasticity of a helical filament with isotropic bending rigidity and free of spontaneous torsion |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 物理學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Physics |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 94 |
學期 | 1 |
出版年 | 95 |
研究生(中文) | 詹政諱 |
研究生(英文) | Jeng-Huei Jan |
學號 | 691180037 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2006-01-10 |
論文頁數 | 51頁 |
口試委員 |
指導教授
-
周子聰(zzhou@mail.tku.edu.tw)
委員 - 曾文哲 委員 - 黃俊燕 |
關鍵字(中) |
螺旋 長杆 彈性 |
關鍵字(英) |
Elastic rod Helix |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
我們利用歐拉角推導出了一根橫切面為圓形,但是無自發扭曲的均勻彈性杆之形狀方程式。我們證明了兩端閉合的細杆通常存在著平面形曲線形的解。我們探討了在外力與外力矩下,形成螺旋杆的邊界條件暨實驗條件。我們發現要形成螺旋形,Euler角 必須為常數並由自然曲率所決定。我們研究了螺旋杆在外力和外力矩下的彈性性質。我們嚴格證明了當力矩為零時,在改變外力時螺旋杆的伸長不會有突然跳躍的現象。這行為與一根有自發扭曲的均勻彈性杆之行為相當不同,並解釋了為何在巨觀力學實驗中難以觀察到這種跳躍。然而在非零值的固定外力矩下,改變外力則螺旋的伸長可能會有一次突然的轉變。 |
英文摘要 |
We derive the shape equations in terms of Euler angles for a uniform elastic filament with circular cross section but free of spontaneous torsion. We show that in general there are planar curve solutions for a closed rod. We study the boundary conditions (i.e., experimental conditions in a force experiment) to form a helical filament under external force and twisting. We find that to form a helix, the Euler angle must be a constant determined by the spontaneous curvatures. We study the elasticity of a helical filament under different conditions. We find that the extension of a helix under fixed and finite torque may subject to a one-step sharp transition with increasing stretching force. However, we show exactly that there is not jump of extension for a helical filament free of external torque. This behavior is quite different from a uniform elastic rod with circular cross section and spontaneous torsion, and provides another very important reason why one cannot observe the sharp jump of extension for most macroscopic helical springs. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
第一章 緒論 1 § 1-1 歷史簡介 .................................... 1 § 1-2 動機與目的 .................................. 2 § 1-3 主要內容 .................................... 5 第二章 模型 9 § 2-1 一般模型 .................................... 9 § 2-2 本工作考慮的模型 ............................ 12 第三章 相關長杆的解析解 14 § 3-1 兩端封閉之長杆的形狀方程及幾個簡單的解析解 14 § 3-2 兩端開放之長杆的形狀方程、邊界條件 15 § 3-3 兩端開放之長杆的形狀方程之螺旋解 17 第四章 固定外力矩時螺旋杆的彈性性質 24 § 4-1 固定外力矩時外力與相對伸長的關係 ........... 24 § 4-1-1 當外力矩為零時,外力與相對伸長的關係 ....... 24 § 4-1-2 當外力矩與自然曲率為零時,外力與伸長的關係 . 28 § 4-1-3 當外力矩不為零時,外力與相對伸長的關係 ..... 28 § 4-1-4 當外力矩大於零時,彎曲(扭曲)剛度對伸長的影 31 第五章 固定超螺旋度時螺旋杆的彈性性質 35 § 5-1 固定超螺旋度時外力與相對伸長的關係 .......... 35 第六章 固定外力時螺旋杆的彈性性質 39 § 6-1 固定外力時外力矩與相對伸長的關係 ............ 39 § 6-2 固定外力時超螺旋度與相對伸長的關係 .......... 43 第七章 結論 46 參考文獻 ............................................... 49 |
參考文獻 |
[1] T. McMillen and A. Goriely, J. Nonlinear Sci. 12,241(2002). [2] A.E.H. Love, A treatise on the Mathematical Theory of Elasiticy (Dover, New York, 1944). [3] L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Theory of Elasticity, 3rd ed. (Pergamon 1986). [4] S. Iijima, Nature (london) 354, 56(1991); S. Iijima, T. Ichihaschi, and Y. Ando, Nature (london) 356, 776(1992). [5] M.S. Dresselhaus, Nature (london) 3548, 195(1992). [6] X.B. Zhang, Europhys. Lett. 27, 141(1994). [7] Z.-c. Ou-Yang, Z.-b. Su, and C.-l. Wang, Phys. Rev. Lett. 78, 4055(1997). [8] M.-f. Yu, M.J. Dyer, J. Chen, D. Qian, W.K. Liu, and R. S. Ruoff, Phys. Rev. B 64, 241403(R) (2001). [9] A.F. da Fonseca, and D.S. Galv˜ao, Phys. Rev. Lett. 92, 175502(2004). [10] A. Goriely, and M. Tabor, Phys. Rev. Lett. 80, 1564 (1998). [11] R.E. Goldstein, A. Goriely, G. Huber, and C.W. Wolgemuth, Phys. Rev. Lett. 84, 1631_1634 (2000). [12] D. Coombs, G. Huber, J.O. Kessler, and R.E. Goldstein, Phys. Rev. Lett. 89, 118102(2002). [13] S.B. Smith, L. Finzi, C. Bustamante, Science 258, 1122(1992). [14] T.R. Strick, J.F. Allemand, D. Bensimon, A. Bensimon, V. Croquette, Science 271, 1835(1996). [15] P. Cluzel, A. Lebrun, C. Heller, R. Lavery, J.L. Viovy, D. Chatenay, F. Caron, Science 271, 792(1996). [16] S.B. Smith, Y. Cui, C. Bustamante, Science 271, 795(1996). [17] J.F. L´eger, G. Romano, A. Sarkar, J. Robert, L. Bourdieu, D. Chatenay, J.F. Marko, Phys. Rev. Lett. 83, 1066(1999). [18] T.R. Strick, V. Croquette, D. Bensimon, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A 95, 10579(1998). [19] C.J. Benham, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A 74, 2397(1977). [20] F. Tanaka and H. Takahashi, J. Chem. Phys 83, 6017(1985). [21] C.J. Benham, Phys. Rev. A 39, 2582(1989). [22] B. Fain, J. Rudnick, Phys. Rev. E 60, 7239(1999). [23] B. Fain, J. Rudnick, S. Ostlund, Phys. Rev. E 55, 7364(1997). [24] J.F. Marko, E.D. Siggia, Science 265, 506(1994). [25] C. Bustamante, J.F. Marko, E.D. Siggia, S. Smith, Science 265, 1599(1994). [26] J.F. Marko, E.D. Siggia, Macromolecules 28 (1995) 8759. [27] J.F. Marko, E.D. Siggia, Phys. Rev. E 52, 2912(1995). [28] J.F. Marko, Phys. Rev. E 55, 1758(1997). [29] J.F. Marko, Europhys. Lett. 38, 183(1997); Phys. Rev. E 57, 2134(1998). [30] C. Bouchiat, M. M´ezard, Phys. Rev. Lett. 80, 1556(1998). [31] C. Bouchiat and M. M´ezard, Euro. J. Phys. E. 2, 377(2000). [32] S. Panyukov and Y. Rabin, Phys. Rev. Lett. 85, 2404(2000). [33] S. Panyukov and Y. Rabin, Phys. Rev. E 62, 7135(2000). [34] S.V. Panyukov and Y. Rabin, Phys. Rev. E 64, 011909(2001). [35] Y. Kats, D.A. Kessler, and Y. Rabin, Phys. Rev. E 65, 020801R(2002) [36] S.V. Panyukov and Y. Rabin, Europhys. Lett. 57, 512(2002). [37] D.A. Kessler and Y. Rabin, Phys. Rev. Lett. 90, 024301(2003). [38] J.D. Moroz, P. Nelson, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A 94, 14418(1997). [39] Z. Zhou and P.-Y. Lai, Int. J. Mod Phys. B 17, 3021(2003). [40] B. Smith, Y.V. Zastavker, and G.B. Benedek, Phys. Rev. Lett. 87, 278101(2001). [41] Y. Cui, C. Bustamante, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 97, 127(2000). [42] M. Hegner, S. B. Smith, and C. Bustamante, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A 96, 10109(1999). [43] A. Goriely, and M. Tabor, Proc. R. Soc. London, A 453, 2583 (1997). [44] Z. Zhou, P.-Y. Lai and B. Joós, Phys. Rev. E, 71,052801(2005). [45] H. Goldstien, Classical mechanics, 2nd ed. (Addison-Wesley, 1980). |
論文全文使用權限 |
如有問題,歡迎洽詢!
圖書館數位資訊組 (02)2621-5656 轉 2487 或 來信