浸没于复杂流体中的多层空心球的三维振动
软凝聚态物质
2021-08-02 v1 流体动力学
摘要
本文对与外域非牛顿流体介质相互作用的弹性多层空心球的内禀自由振动进行了三维解析研究。该流体由可压缩线性黏弹性模型刻画，考虑了剪切与压缩弛豫过程。对于小振幅振动，描述黏弹性流体的方程可线性化，随后通过引入适当的势函数求解。固体被假定具有特定的材料各向异性，即球向同性，其包含材料各向同性作为特例。各向异性固体的控制方程在球坐标下使用状态空间形式求解，最终建立两个独立的传递关系，将多层空心球最内表面与最外表面的状态矢量关联起来。通过在流-固界面施加连续性条件，导出两个独立的解析特征方程，刻画两类独立的振动。最后进行数值算例以验证理论推导，并考察流体黏性与可压缩性、流体黏弹性、固体各向异性与表面效应以及固体内禀阻尼等多种因素对浸没空心球振动特性的影响。特别地，我们理论预测的具有内禀阻尼的浸没于水中的金纳米球的振动频率与品质因数，与已有的实验测量结果极为吻合。所报道的解析解真正且完全三维，涵盖从纯径向呼吸模到扭转模到任意一般球状模。
引用
@article{arxiv.2107.14233,
title = {Three-dimensional vibrations of multilayered hollow spheres submerged in a complex fluid},
author = {B. Wu and Y. Gan and E. Carrera3 and W. Q. Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2107.14233},
year = {2021}
}