بررسی کمانش و پس کمانش نانولوله‌های کربنی تک جداره با استفاده از شبیه سازی عددی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجو کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی، مشهد

2 استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی، مشهد

3 کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی، مشهد

چکیده

در این مقاله، به بررسی بار نهایی کمانش و رفتار پس­کمانش نانولوله‌های کربنی تک‌جدارهتحت بار فشاری محوری در شرایط دمایی مختلف پرداخته شده است. بار نهایی کمانش در شرایط مرزی یک­سر آزاد- یک­سر گیردار و دو سر مفصل، و رفتار پس­کمانش در شرایط مرزی دو سر گیردار مورد مطالعه قرار گرفته است. در اینجا با بکارگیری مدل قاب فضایی، بار نهایی کمانش و مسیر پس­کمانش برای نانولوله­های آرمچیر و زیگ­زاگ برای کایرالیتی­ها و نسبت­های طول به قطرمختلف محاسبه شده است. در این رهیافت پیوندهای بین اتم‌های کربن به مثابه عضو حامل نیرو توسط تیر الاستیک سه بعدی مدل می‌شود که خواص آن با ایجاد پیوند بین ساختار مولکولی و مکانیک محیط پیوسته بدست می­آید. نتایج بدست آمده نشان می­دهد که با افزایش نسبت طول به قطر و کاهش کایرالیتی، بار نهایی کمانش کاهش می­یابد. همچنین مشاهده شده است که مسیر پس­کمانش برای هر دو نانولوله­ آرمچیر و زیگ­زاگ تقریباً یکسان است. در ادامه اثر دما روی بار نهایی کمانش مورد بررسی قرار گرفته است. ثوابت نیرویی و همچنین طول پیوند اتم­های کربن در اثر تغییر دمای محیط، تغییر می­کنند. همانطور که انتظار می­رود، افزایش دما موجب کاهش بار نهایی کمانش می­شود و مسیر پس­کمانش نیز این روند کاهشی را طی می­کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] رحمانی ر، قربان‌پور ع (1386) مقدمه‌ای بر نانو مکانیک. نشر کتاب دانشگاهی:10-1.

[2] Akita S, Nishijima H, Kishida T, Nakayama Y (2000) Nano-indentation of polycarbonate using carbon nanotube tip. J. Appl. Phys. 39: 7086–7089.

[3] Haile J (1997) Molecular dynamics simulation-Elementary Methods. Wiley Inter Science, New York.

[4] Iijima S (1991) Helical microtubules of graphitics carbon. Nature (London), 354:  56–8.

[5] Wang Y, Wang X (2005) Simulation of the elastic response and the buckling modes of single walled carbon nanotubes. Materials Science 32: 141-146.

[6] Li C, Chou T (2004) Modeling of elastic buckling of carbon nanotubes by molecular structural mechanics approach. Applied Mechanics of Materials. 36: 1047-1055.

[7] Ansari R, Rouhi S (2010) Atomistic finite element model for axial buckling of single walled nanotube. Phys .E, vol. 43: 58-69.

[8] Saidi A, Gorbanpour A (2010) Postbuckling equilibrium path of a long thin-walled cylindrical shell (single-walled carbon nanotube) under axial compressive using energy method. Archive of sid, vol. 24, No. 1: 79-86.

[9] Han Q, Yao X (2006) Postbuckling prediction of double-walled carbon nanotubes under axial compression. Eur. J. Mech - A/Solid, pp. 1-13.

[10] Shen H, Zhang C (2006) Buckling and postbuckling analysis of single-walled carbon nanotube in thermal environment via molecular dynamics simulation. Carbon 44: 2608-2616.

[11] Lashkari_Zadeh A, Shariati M, Torabi H (2014) Buckling analysis of carbon nanotube bundles under axial compressive bending and torsional loadings via structural mechanics model. Journal of physics and chemistry of solids, Vol. 73: 1282-89.

[12] Tserpes K, Papanikos P (2005) Finite element modeling of single-walled carbon annotates. Composites, 36: 468–477.

[13] Kwon Y, Berber S, Tomanek D (2004) Thermal Contraction of Carbon Fullerenes and Nanotubes. Phys. Rev. Lett. vol. 92: 01590-1–01590-4.

[14] Badger R (1935) The relation between internuclear distances and force constants of molecules and its application to polyatomic molecules. J. Chem. Phys, vol. 3: 710–714.

[15] Chen X, Wang X, Liu B (2008) Effect of temperature on elastic properties of single-walled carbon nanotubes. Journal of Reinforced Plastics and Composites, pp.  551-3.

[16] Silvestre N, Faria B (2012) A molecular dynamics study on the thickness and post-critical strength of carbon nanotubes. Composite Structure. Vol 94:1352-1358.