مطالعه اثر ضربه نانوذرات بر نانولوله‌های کربنی دو جداره با استفاده از تئوری غیرمحلی الاستیسیته

نوع مقاله : مقاله مکانیک

نویسندگان

1 دانشگاه شهرکرد

2 دانش آموخته

3 عضو هیات علمی

چکیده

افزایش مقاومت الکتریکی و کاهش میزان رسانایی نانولوله ها در اثر اعمال نیروهای ضربه ای به آنها جذابیت فراوانی را در استفاده از آنها به عنوان سنسورهای نیرویی به وجود آورده است. در این پژوهش، یک روش تحلیلی جدید برای بررسی ضربه نانوذره بر روی نانولوله دو جداره کربنی در دو حالت تکیه گاه ساده و گیردار، با استفاده از تئوری غیرمحلی تیر اویلر- برنولی و تیموشنکو و با در نظر گرفتن نیروی واندروالس بین لایه ها ارائه شده است. مقدار ثابت فنر برای هر نانوتیر نیز که از هندسه سازه و تغییر شکل های برشی و خمشی آن تأثیر می پذیرد، با استفاده از سیستم جرم و فنر بدست آمده است. نتایج حاصل از این روش تحلیلی با نتایج موجود در پیشینه تحقیق مقایسه شده است. بر اساس این نتایج، با افزایش سرعت، میزان تغییر شکل دینامیکی وسط نانوتیر دو جداره بیشتر می شود، مقدار تغییر شکل دینامیکی در نانولوله دوجداره کمتر از نانولوله تک جداره محاسبه شده و تغییر شکل دینامیکی ماکزیمم نانولوله دو جداره با افزایش جرم نانوذره بیشتر می شود. همچنین با در نظر گرفتن نیروی واندروالس بین لایه ها، تغییر شکل دینامیکی ماکزیمم وسط نانوتیر کاهش می یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Impact of nanoparticles on double-walled carbon nanotubes, using nonlocal elasticity theory

نویسندگان [English]

  • ehsan zamani ehsan zamani 1
  • fatemeh abbaspour 2
  • sajjad seifoori 3
1 uni
2 دانشگاه شهرکرد- گروه مهندسی مکانیک
3 گروه مکانیک- دانشگاه ولیعصر رفسنجان
چکیده [English]

Increasing the electrical resistance and reducing the conductivity of nanotubes due to the impact forces have attracted a lot of their use as power sensors. In this paper, the impact of a nanoparticle on simply supported and clamped double-walled nanotubes has been investigated by using elasticity nonlocal theory. The spring constant for each nanobeam, which is influenced by the geometry of the structure and its shear and bending deformations, has been obtained using mass-spring system. The results of this analytical method have been compared with the results in the background research. According to the results, by increasing the speed, the dynamic deformation in the middle of the double-walled nanobeam increases. The dynamic deformation in the double-walled nanotube is smaller than single-walled nanotube and the maximum dynamic deformation of the double-walled nanotubes is increased by increasing the mass of nanoparticle. Also by considering the van der Waals force between the layers of double-walled nanotube, maximum dynamic deformation in the middle of nanobeam reduces.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Double-Walled Carbon Nanotube
  • nanoparticle
  • Spring-Mass System
  • Impact
مراجع
[1] M. Li, H. X. Tang, M. L. Roukes, “Ultra-sensitive NEMS-based cantilevers for sensing, scanned probe and very high-frequency applications”, Nature nanotechnology, Vol. 2, No. 2, pp. 114-120, 2007.
[2] A. C. Eringen, “On differential equations of nonlocal elasticity and solutions of screw dislocation and surface waves”, Journal of applied physics, Vol. 54, No. 9, pp. 4703-4710, 2013.
[ 3 [ محمد اسماعیل گلمکانی و جواد رضا طلب، "تحلیل خمش غیر خطی نانوصفحات اورتوتروپیک، بر اساس مدل غیر موضعی ارینگن
توسط روش دیفرانسیل مربعات"، نشریه مهندسی مکانیک مدرس، دوره 13 ، شماره 14 ، اسفند 1392 ، صفحه 122 - 136 .
[ 4 [ مهرداد جبارزاده، حبیب طلعتی و احمدرضا نوری، "تحلیل صفحه گرافن دایروی با استفاده از تئوری مکانیک محیط پیوسته غیرموضعی"،
نشریه مهندسی مکانیک مدرس، دوره 13 ، شماره 13 ، اسفند 1392 ، صفحه 57 - 66 .
[5] W. T. Chien, C. S. Chen, H. H. Chen, “Resonant frequency analysis of fixed-free single-walled carbon nanotube-based mass sensor”, Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 126, No. 1, pp. 117-121, 2006.
[6] G. Romano, R. Luciano, R. Barretta, & M. Diaco, “Nonlocal integral elasticity in nanostructures, mixtures, boundary effects and limit behaviours”, Continuum Mechanics and Thermodynamics, Vol. 30, No. 3, pp. 641-655, 2018.
[7] F. Ebrahimi, M. R. Barati, & A. M. Zenkour, “A new nonlocal elasticity theory with graded nonlocality for thermo-mechanical vibration of FG nanobeams via a nonlocal third-order shear deformation theory”, Mechanics of Advanced Materials and Structures, Vol. 25, No. 6, pp. 512-522, 2018.
[8] K. M. Liew, Y. Zhang, & L. W. Zhang, “Nonlocal elasticity theory for graphene modeling and simulation: prospects and challenges”, Journal of modeling in Mechanics and Materials, Vol. 1, No. 1, 2017.
[9] H. Bellifa, K. H. Benrahou, A. A. Bousahla, A. Tounsi, & S. R. Mahmoud, “A nonlocal zeroth-order shear deformation theory for nonlinear postbuckling of nanobeams”, Structural Engineering and Mechanics, Vol. 62, No. 6, pp. 695-702, 2017.
[ 10 [ علی علوی نیا و صابر چهاردولی، "بررسی تجربی و عددی تأثیر سوراخ و انحنای لبه بر ویژگیهای فروپاشی جاذبهای استوانه ای
تحت بار محوری ضربه ای"، مجله مدلسازی در مهندسی، دوره 16 ، شماره 53 ، تابستان 1397 ، صفحه 5 - 5 .
[ 11 [ علی نظری، "مدل سازی انرژی ضربه ی فولادهای مرتبه ای با استفاده از شبکههای عصبی مصنوعی"، مجله مدلسازی در مهندسی،
دوره 14 ، شماره 45 ، تابستان 1395 ، صفحه 145 - 162 .
[ 12 [ محمد دامغانی نوری و حسین رحمانی، "بررسی تاثیرات زمان فراز بار ضربهای بر ضریب شدت تنش دینامیکی در ترک دو بعدی نیمه
بینهایت بر روی جسم نامحدود"، مجله مدلسازی در مهندسی، دوره 13 ، شماره 40 ، بهار 1394 ، صفحه 79 - 87 .
[ 13 [ سجاد صیفوری، اکبر علی بیگلو، غلامحسین لیاقت، محمد حسین پل، "بررسی عددی بار ضربهای به نانوتیر به روش اجزای محدود
صریح مقایسه با نانوتیر اویلر- برنولی و تیموشنکو"، نشریه مهندسی مکانیک مدرس، دوره 14 ، شماره 13 ، اسفند 1393 ، صفحه 259 -
264 .
[14] S. Seifoori, G. H. Liaghat, “Low velocity impact of a nanoparticle on nanobeams by using a nonlocal elasticity model and explicit finite element modeling”, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 8, No. 69, pp. 85-93, 2013.
[ 15 [ سجاد صیفوری و غلامحسین لیاقت، "تحلیل و بررسی ضربه کم سرعت بر روی نانوتیر اویلر- برنولی با استفاده از تئوری غیر محلی
الاستیسیته"، نشریه مهندسی مکانیک مدرس، دوره 13 ، شماره 3 ، خرداد 1392 ، صفحه 37 - 44 .
[ 16 [ سجاد صیفوری، غلامحسین لیاقت و مجید فولادی، "بررسی اثر ضربه کم سرعت بر نانوتیر تیموشنکو با استفاده از تئوری غیر محلی
الاستیسیته"، نشریه مهندسی مکانیک مدرس، دوره 13 ، شماره 8 ، آبان 1392 ، صفحه 151 - 160 .
[17] S. Seifoori, “Molecular dynamics analysis on impact behavior of carbon nanotubes”, Applied Surface Science, Vol. 8, No. 326, pp. 12-18, 2015.
[18] J. N. Reddy, “Nonlocal theories for bending, buckling and vibration of beams”, International Journal of Engineering Science, Vol. 45, No. 2, pp. 288-307, 2007.
328 مطالعه اثر ضربه نانوذرات بر نانولولههای کربنی دوجداره با استفاده از تئوری غیرمحلی الاستیسیته
مجله مدل سازی در مهندسی سال هفدهم، شماره 58 ، پائیز 1398
[19] M. Simsek, “Nonlocal effects in the forced vibration of an elastically connected double-carbon nanotube system under a moving nanoparticle”, Computational Materials Science, Vol. 50, No. 7, pp. 2112-2123, 2011.
[20] P. Lu, H. P. Lee, C. Lu, P. Q. Zhang, “Dynamic Properties of Flexural Beams using a Nonlocal Elasticity Model”, Journal of Applied Physics, Vol. 99, No. 7, pp. 73510-73519, 2006.
[21] P. Lu, H. P. Lee, C. Lu, P. Q. Zhang, “Application of Nonlocal Beam Models for Carbon Nanotubes”, International Journal of Solids and Structures, Vol. 44, No. 16, pp. 5289-5300, 2007.
[22] J. Yang, L. L. Ke, S. Kitipornchai, “Nonlinear Free Vibration of Single-Walled Carbon Nanotubes Using Nonlocal Timoshenko Beam Theory”, Physica E, Vol. 42, No. 5, pp. 1727–1735, 2010.
[23] C. M. Wang, Y. Y. Zhang, X. Q. He, “Vibration of nonlocal Timoshenko beams”, Nanotechnology, Vol. 18, No. 10, pp. 105401-105410, 2007.
[24] P. Lu, H. P. Lee, C. Lu, P. Q. Zhang, “Dynamic properties of flexural beams using a nonlocal elasticity model”, Journal of Applied Physics, Vol 99, No. 7, pp. 73510-73519, 2006.
[25] P. Lu, H. P. Lee, C. Lu, P. Q. Zhang, “Application of nonlocal beam models for carbon nanotubes”, International Journal of Solids and Structures, Vol. 44, No. 16, pp. 5289-5300, 2007.
[26] H. Ehteshami, M. A. Hajabasi, “Analytical approaches for vibration analysis of multi-walled carbon nanotubes modeled as multiple nonlocal Euler beams”, Physica E, Vol. 44, No. 3, pp. 270-285, 2011.
[27] J. N. Reddy, “Nonlocal nonlinear formulations for bending of classical and shear deformation theories of beams and plates”, International Journal of Engineering Science, Vol. 48, No. 11, pp. 1507-1518, 2010.
[28] W. P. Schonberg, “Predicting the low velocity impact response of finite beams in cases of large area contact”, International Journal of Impact Engineering, Vol. 8, No. 2, pp. 87-97, 1989.
[29] L. J. Sudak, “Column buckling of multiwalled carbon nanotubes using nonlocal continuum mechanics”, Journal of Applied Physics, Vol. 94, No. 11, pp. 7281-7288, 2003.
[30] K. N. Shivakumar, W. Elber, W. Illg, Prediction of Impact Force and Duration due to Low-Velocity Impact on Circular Composite Laminates, Journal of Applied Mechanics, Vol.421, pp. 675-680, 1984.
[31] S. Abrate, “Impact Engineering of composite structures”, Springer Wien, New York, 2011.
[32] S. Seifoori, H. Hajabdollahi, “Impact behavior of single-layered graphene sheets based on analytical model and molecular dynamics simulation”, Applied Surface Science, Vol. 8, No. 351, pp. 565-572, 2015.