کاربر گرامی  خوش آمدید ... ( ورود  \ ثبت‌ نام  )

پایان نامه مدلسازی و آنالیز خواص مکانیکی نانو لوله های کربنی

مشخص نشده
1387
239
word
7 MB
10002248
قیمت قدیم:۳۰,۵۰۰ تومان
قیمت: ۲۸,۴۰۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه مدلسازی و آنالیز خواص مکانیکی نانو لوله های کربنی

    پایان نامه جهت دریافت درجه کارشناسی ارشد

    رشته مهندسی مکانیک – گرایش طراحی کاربردی

    چکیده

    از آنجائیکه شرکت های بزرگ در رشته نانو فناوری  مشغول فعالیت هستند و رقابت بر سر عرصه محصولات جدید شدید است و در بازار رقابت، قیمت تمام شده محصول، یک عامل عمده در موفقیت آن به شمار می رود، لذا ارائه یک مدل مناسب که رفتار نانولوله های کربن را با دقت قابل قبولی نشان دهد و همچنین استفاده از آن توجیه اقتصادی داشته باشد نیز یک عامل بسیار مهم است. به طور کلی دو دیدگاه برای بررسی رفتار نانولوله های کربنی وجود دارد، دیدگاه دینامیک مولکولی و  محیط پیوسته. دینامیک مولکولی با وجود دقت بالا، هزینه های بالای محاسباتی داشته و محدود به مدل های کوچک می باشد. لذا مدل های دیگری که حجم محاسباتی کمتر و توانایی شبیه سازی سیستمهای بزرگتر را با دقت مناسب داشته باشند  بیشتر توسعه یافته اند.

    پیش از این بر اساس تحلیل های دینامیک مولکولی و اندرکنش های بین اتم ها، مدلهای محیط پیوسته، نظیر مدلهای خرپایی، مدلهای فنری، قاب فضایی، بمنظور مدلسازی نانولوله ها، معرفی شده اند. این مدلها، بدلیل فرضیاتی که برای ساده سازی در استفاده از آنها لحاظ شده اند، قادر نیستند رفتار شبکه کربنی در نانولوله های کربنی را بطور کامل پوشش دهند.

    در این پایان نامه از ثوابت میدان نیرویی بین اتمها و انرژی کرنشی و پتانسیل های موجود برای شبیه سازی رفتار نیرو های بین اتمی استفاده شده و به بررسی و آنالیز رفتار نانولوله های کربنی از چند دیدگاه  مختلف می پردازیم، و مدل های تدوین شده را به شرح زیر ارائه می نمائیم:

    مدل های تدوین شده به منظور بررسی خصوصیات مکانیکی نانولوله کربنی تک دیواره بکار گرفته شده است. در روش انرژی- معادل، انرژی پتانسیل کل مجموعه و همچنین انرژی کرنشی نانو لوله کربنی تک دیواره بکار گرفته می شود. خصوصیات صفحه ای الاستیک برای نانو لوله های کربنی تک دیواره برای هر دو حالت صندلی راحتی و زیگزاگ  در جهت های محوری و محیطی بدست آمده است.

    در  مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS ، به منظور انجام محاسبات عددی،  نانو لوله کربنی با یک مدل ساختاری معادل جایگزین می شود.

    در  مدل اجزاء محدود سوم، کد عددی توسط نرم افزار MATLAB تدوین شده که از روش اجزاء محدود برای محاسبه ماتریس سختی برای یک حلقه شش ضلعی کربن، و تعمیم و روی هم گذاری آن برای محاسبه ماتریس سختی کل صفحه گرافیتی، استفاده شده است.

    اثرات قطر و ضخامت دیواره بر روی رفتار مکانیکی هر دو نوع نانو لوله های کربنی تک دیواره و صفحه گرافیتی تک لایه  مورد بررسی قرار گرفته است. مشاهده می شود که مدول الاستیک برای هر دو نوع نانو لوله های کربنی تک دیواره با افزایش قطر لوله بطور یکنواخت افزایش و با افزایش ضخامت نانولوله، کاهش می یابد. اما نسبت پواسون با افزایش قطر ،کاهش می یابد. همچنین منحنی  تنش-کرنش برای نانولوله تک دیواره صندلی راحتی پیش بینی و تغییرات رفتار آنها مقایسه شده است. نشان داده شده که خصوصیات صفحه ای در جهت محیطی و محوری برای هر دو نوع نانو لوله کربنی و همچنین اثرات قطر و ضخامت دیواره نانو لوله کربنی بر روی آنها یکسان می باشد. نتایج به دست آمده در مدل های مختلف یکدیگر را تایید می کنند، و نشان می دهند که هر چه قطر نانو لوله  افزایش یابد، خواص مکانیکی نانولوله های کربنی به سمت خواص ورقه گرافیتی میل می کند.

    نتایج این تحقیق تطابق خوبی را با نتایج گزارش شده نشان می دهد.

     

    واژه های کلیدی: نانولوله های کربنی ، خواص مکانیکی، محیط پیوسته ، تعادل - انرژی ، اجزاء محدود ، ورق گرافیتی تک لایه،  ماتریس سختی.

    فصل اول

    مقدمه نانو

    1-1 مقدمه

    1-1-1 فناوری نانو  

        نانو فناوری عبارت ازآفرینش مواد، قطعات و سیستم های مفید با کنترل آنها در مقیاس طولی نانو متر و بهره برداری از خصوصیات و پدیده های جدید حاصله در آن مقیاس می باشد. به عبارت دیگر فناوری نانو، ایجاد چیدمانی دلخواه از اتم ها و مولکول ها و تولید مواد جدید با خواص مطلوب است. فناوری نانو، نقطه تلاقی اصول مهندسی، فیزیک، زیست شناسی، پزشکی و شیمی است و به عنوان ابزاری برای کاربرد این علوم و غنی سازی آنها در جهت ساخت عناصر کاملاً جدید عمل می کند.

     از  لحاظ ابعادی، یک نانو متر اندازه ای برابر 9-10 متر است (شکل 1-1) . این اندازه تقریباً چهار برابر قطر یک اتم منفرد می باشد.

     

    شکل 1-1: میکروگراف [1]TEM که لایه های نانو لوله کربنی چند دیواره  [2](MWCNTs)را نشان می دهد.

     

        خصوصیات موجی (مکانیک کوانتومی) الکترونها در درون مواد و اندرکنشهای اتمی، بوسیله ی تغییرات مواد در مقیاس نانو متری، تحت تأثیر قرار می گیرند. با ایجاد ساختارهای نانو متری، کنترل خصوصیات اساسی مواد مانند دمای ذوب، رفتار مغناطیسی و حتی رنگ آنها، بدون تغییر ترکیب شیمیایی ممکن خواهد بود. به کارگیری این پتانسیل، باعث ایجاد محصولات و فناوری های جدید با کارایی بسیار بالا خواهد شد که قبلاً ممکن نبوده است. سازمان دهی سیستماتیک ماده در مقیاس طولی نانو متر، مشخصه کلیدی سیستم های زیستی است.

        ساختارهای نانو، نظیر ذرات نانو و نانو لوله ها، دارای نسبت سطح به حجم خیلی بالایی اند، بنابراین اجزای ایده آلی برای استفاده در کامپوزیت ها، واکنش های شیمیایی و ذخیره از انرژی هستند.  از  آنجا که نانوساختارها خیلی کوچک اند، می توانند در ساخت سیستم هایی بکار برده شوند که چگالی المان خیلی بیشتری نسبت به انواع مقیاس های دیگر دارند. بنابراین قطعات الکترونیکی کوچک تر، ادوات سریع تر، عملکردهای پیچیده ترو مصرف بسیار کمتر انرژی را می توان با کنترل واکنش و پیچیدگی نانو ساختار، بطور همزمان بدست آورد.

        در حال حاضر، نانو فناوری یک تکنولوژی توانمند است، اما این پتانسیل را دارد که تبدیل به یک تکنولوژی جایگزین شود. فناوری نانو نه یک فناوری جدید، بلکه نگرشی تازه به کلیه ی فناوری های موجود است و لذا روش های مبتنی بر آن، در اصل همان فناوری های قبلی هستند که در مقیاس نانو انجام می شوند.

        مراکز علمی و دانشگاهی با آگاهی  از  توانایی های وقابلیت های نانو فناوری به تحقیق و پژوهش در این زمینه می پردارند. تفاوت هایی که در سال های اخیر در زمینه ی نانو بوجود آمده است، حاکی  از  افزایش رغبت به این حوزه می باشد. در گذشته، تحقیقات بر اساس علایق و تخصص های محقق پیش می رفت، اما اکنون اغلب کشورها دارای برنامه های مدون و راهبردی مشخص در این زمینه هستند و مراکز علمی و تحقیقاتی خود را مامور پیش برد این برنامه ها کرده اند.

     

    1-2 معرفی نانولوله‌های کربنی

    1-2-1 ساختار نانو لوله‌های کربنی

        نانو لوله‌های کربنی [3](CNTs) یک نوع آلوتروپ کربن هستند که  اخیراً کشف شده‌اند. آنها به شکل مولکول استوانه‌ای هستند و خواص شگفت انگیزی دارند که آنها را برای بکارگیری در بسیاری  از  کاربردهای نانوفناوری، الکترونیک، اپتیک و حوزه‌های دیگر علم مواد مناسب می سازد. آنها دارای استحکام خارق العاده‌ای بوده، خواص الکتریکی منحصر به فردی دارند، و هادی کارآمدی برای حرارت هستند.

    یک نانولوله عضوی  از  خانواده فلورن هاست، که باکی بال‌ها را نیز شامل می‌شود. فلورن‌ها خوشه‌ی بزرگی  از  اتم‌های کربن در قالب یک قفس بسته می‌باشند و  از  ویژگی های خاصی برخوردارند که پیش  از  این در هیچ ترکیب دیگری یافت نشده بودند. بنابراین، فلورن‌ها به طور کلی خانواده‌ای جالب توجه  از  ترکیب‌ها را تشکیل می‌دهند که به طور قطع در کاربردها و فناوری‌های آینده مورد استفاده وسیع قرار خواهند گرفت.

        ساختارهای عجیب و غریب زیادی از فلورن‌ها[4]، شامل: کروی منظم، مخروطی، لوله‌ای و همچنین اشکال پیچیده و عجیب دیگر وجود دارد. در اینجا ما به توضیح مهمترین و شناخته شده‌ترین آنها می‌پرد از یم. ساختار باکی بال[5] در شکل کره و نانولوله به شکل استوانه است که معمولاً لااقل یک سر آن با درپوش نیم کروی  از  ساختار باکی بال پوشیده شده است (شکل 1-2) .

    (تصاویر و نمودار در فایل اصلی موجود است)

    نام آن  از  اندازه‌اش گرفته شده، زیرا قطر آن در ابعاد نانومتر (تقریباً 50000 برابر کوچکتر  از  قطر موی سر انسان) بوده و این در حالی است که طول آن می‌تواند به بلندی چند میلیمتر برسد. طول بلند چندین میکرونی و قطر کوچک چند نانومتری آنها نسبت طول به قطر بسیار بزرگی را نتیجه می‌دهد. لذا می‌توان آنها را تقریباً به صورت فلورن‌های یک بعدی در نظر گرفت. بدین ترتیب انتظار می‌رود این مواد  از  خواص جالب الکترونیکی، مکانیکی و مولکولی ویژه‌ای برخوردار باشند. مخصوصاً در اوایل، تمام مطالعات تئوری نانولوله‌های کربنی به بررسی اثر ساختار تقریباً یک بعدی آنها بر روی خواص مولکولی و الکترونیکی‌شان معطوف می‌شد.

        نانولوله‌ها در دو دسته‌ی اصلی وجود دارند: نانولوله‌های تک دیواره [1](نانولوله ی کربنی تک دیوارهs) و نانو لوله‌های چند دیواره   [2](MWNTs). نانولوله‌های تک دیواره را می‌توان به صورت ورقه‌های بلند گرافیت در نظر گرفت که به شکل استوانه پیچیده شده‌اند. نسبت طول به قطر نانولوله‌ها در حدود 1000 بوده و همانگونه که قبلاً ذکر شد می‌توان آنها را به عنوان ساختارهای تقریباً یک بعدی در نظر گرفت. نانولوله‌ها مشابه گرافیت تماماً  از  هیبرید SP2 تشکیل شده‌اند،. این ساختار هیبریدی،  از  هیبرید SP3 که در الماس وجود دارد قویتر است و استحکام منحصر به فردی به این مولکول‌ها می‌دهد. نانولوله‌ها معمولاً تحت نیروهای واندروالس[3] به شکل ریسمان به هم می‌چسبند. تحت فشار زیاد، نانولوله‌ها می‌توانند با هم ممزوج و متصل شوند و این امکان به وجود می‌آید که بتوان سیم‌های به طول نامحدود و بسیار مستحکمی را تولید کرد.

     

    1-2-2 کشف نانولوله

        در سال 2006 مارک مونتیوکس[4] و ولادیمیر کوزنشف[5] در مقاله‌ای در ژورنال کربن به بیان مبدأ و منشا جالب، و اغلب تحریف شده‌ی نانولوله‌ها پرداخته‌اند. اغلب مقالات معروف و علمی، کشف لوله‌های نانومتری توخالی کربنی را به سومیوایجیما[6]  از  NEC در سال 1991 نسبت می‌دهند.

        ولیکن تاریخ لوله‌های نانومتری کربن گرافیتی به گذشته‌ای دور در سال 1952 بر می‌گردد. در آن سال رادشکویچ[7] و لوکیانویچ[8] تصاویر واضحی از لوله‌های 50 نانومتری کربنی را در مجله‌ی روسی «شیمی فیزیکی» به چاپ رساندند. ممکن است نانولوله‌های کربنی حتی قبل  از  آن سال هم ساخته شده بودند ولی تا زمان اختراع TEM امکان مشاهده‌ی مستقیم این ساختارها فراهم نبوده است (اشکال 1-3، 4، 5) . دانشمندان در غرب متوجه این کشف نشده بودند زیرا به دلیل جنگ سرد، تبادل اطلاعاتی بین شرق و غرب بسیار ضعیف بود، و نیز مقاله به زبان روسی به چاپ رسیده بود.

        قبل از اولین تولید مصنوعی و یافتن فلورن‌های کوچکتر C60 و C70 این باور وجود داشت که این مولکول‌های کروی بزرگ عموماً ناپایدار هستند. اما محاسبات چند دانشمند روسی نشان داد که مولکول C60 در حالت گازی پایدار بوده و شکاف باند بزرگی دارد. مشابه اغلب کشفیات بزرگ علمی دیگر، فلورن‌ها نیز به طور تصادفی کشف شدند. در سال 1985 کروتو و اسمالی با نتایج عجیبی در طیف جرمی کربن تبخیر یافته روبرو شدند. در پی این حادثه فلورن‌ها کشف شدند و پایداری آنها در حالت گازی اثبات گشت. اولین مشاهدات فلورن‌ها در طیف نگاری جرمی غیرمنتظره بود. اولین روش تولید انبوه توسط کرچمر[1] و هافمن[2] برای سال‌ها، قبل  از  پی بردن به آنکه این روش فلورن تولید می‌کند، استفاده می‌شده است.

        جستجو برای دیگر فلورن‌ها نیز آغاز شد و در سال 1991 نانولوله‌های کربنی توسط ایجیما و همکارانش کشف شدند. کشف نانولوله‌های کربنی توسط ایجیما در ماده‌ی حل نشدنی لوله‌های گرافیتی سوخته شده در دوده‌ی حاصله  از  تخلیه‌ی قوس الکتریکی دو میله‌ی کربنی، سرچشمه‌ی این همه، همهمه‌ی امروزی در مورد نانولوله‌های کربنی است. این یک کشف اتفاقی دیگر در ارتباط با فلورن‌ها بود، هرچند برای تولید فلورن‌ها، روش تخلیه‌ی قوس الکتریکی به خوبی شناخته شده بود.  از  آن پس محققین زیادی در سرتاسر جهان به مطالعه و بررسی این نانولوله‌ها مشغولند.

        به نظر می‌رسد، درست است که بگوییم نانولوله‌ها به طرز غیرمترقبه‌ای کشف شده‌اند. ولیکن در یک مقاله که توسط ابرلین[3]، اندو[4] و کویاما[5] در سال 1976 چاپ شد، فیبرهای توخالی کربنی در ابعاد نانومتری به روش رشد بخار، به وضوح نشان داده شده بودند. همچنین در سال 1987، در آمریکا یک اختراع به نام جورج تنت[6] برای تولید فیبرهای مجزای استوانه‌ای کربن با قطری بین 5/3 تا 70 نانومتر و طولی حدود 102 برابر قطر آن ثبت شد.  اخیراً، اغلب، اعتبار کشف نانولوله‌های کربنی را به اندو می دهند و اعتبار شفاف سازی ساختار نانولوله‌ها به ایجیما داده می‌شود. یک منظر  از  ساختار نانولوله‌های کربنی، ساختار یک بعدی و درون تهی آنها است. ساختار یک بعدی آنها بسیار مورد توجه فیزیکدان‌ها است، زیرا امکان  آزمایشات در فیزیک کوانتوم یک بعدی را برای آنها فراهم می‌سازد. ساختار درون تهی آنها هم بسیار مورد توجه شیمیدانها است، زیرا امکان دربرگیری مولکول‌ها، واکنش در فضای محصور، و رهاسازی کنترل شده‌ی مولکول‌ها برای مصارفی همچون رساندن دارو به بدن را ایجاد می‌کند ]1[ .

  • فهرست و منابع پایان نامه مدلسازی و آنالیز خواص مکانیکی نانو لوله های کربنی

    فهرست:

     

    فهرست علائم  ر

    فهرست جداول. ز

    فهرست اشکال. س

     

    چکیده 1

     

    فصل اول  

    مقدمه نانو  3

    1-1 مقدمه  4

       1-1-1 فناوری نانو. 4

    1-2 معرفی نانولوله‌های کربنی.. 5

       1-2-1 ساختار نانو لوله‌های کربنی.. 5

       1-2-2 کشف نانو لوله. 7

    1-3 تاریخچه. 10

     

    فصل دوم 

    خواص و کاربردهای نانو لوله های کربنی.. 14

    2-1 مقدمه  15

    2-2 انواع نانولوله‌های کربنی.. 16

       2-2-1 نانولوله‌ی کربنی تک دیواره (SWCNT). 16

       2-2-2 نانولوله‌ی کربنی چند دیواره (MWNT). 19

    2-3 مشخصات ساختاری نانو لوله های کربنی.. 21

       2-3-1 ساختار یک نانو لوله تک دیواره 21

       2-3-2 طول پیوند و قطر نانو لوله کربنی تک دیواره 24

    2-4 خواص نانو لوله های کربنی.. 25

       2-4-1 خواص مکانیکی و رفتار نانو لوله های کربن.. 29

           2-4-1-1 مدول الاستیسیته. 29

           2-4-1-2 تغییر شکل نانو لوله ها تحت فشار هیدرواستاتیک... 33

           2-4-1-3 تغییر شکل پلاستیک و تسلیم نانو لوله ها 36

    2-5 کاربردهای نانو فناوری.. 39

       2-5-1 کاربردهای نانولوله‌های کربنی.. 40

           2-5-1-1 کاربرد در ساختار مواد. 41

           2-5-1-2 کاربردهای الکتریکی و مغناطیسی.. 43

           2-5-1-3 کاربردهای شیمیایی.. 46

           2-5-1-4 کاربردهای مکانیکی.. 47

     

    فصل سوم 

    روش های سنتز نانو لوله های کربنی 55

    3-1 فرایندهای تولید نانولوله های کربنی.. 56

       3-1-1 تخلیه از قوس الکتریکی.. 56

       3-1-2 تبخیر/ سایش لیزری.. 58

       3-1-3 رسوب دهی شیمیایی بخار به کمک حرارت(CVD). 59

       3-1-4 رسوب دهی شیمیایی بخار به کمک پلاسما (PECVD ) 61

       3-1-5 رشد فاز  بخار. 62

       3-1-6 الکترولیز. 62

       3-1-7 سنتز شعله. 63

       3-1-8 خالص سازی نانولوله های کربنی.. 63

    3-2 تجهیزات   64

       3-2-1 میکروسکوپ های الکترونی.. 66

       3-2-2 میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM). 67

       3-2-3 میکروسکوپ الکترونی پیمایشی یا پویشی (SEM). 68

       3-2-4 میکروسکوپ های پروب پیمایشگر (SPM). 70

           3-2-4-1 میکروسکوپ های نیروی اتمی (AFM). 70

           3-2-4-2 میکروسکوپ های تونل زنی پیمایشگر (STM). 71

     

    فصل چهارم 

    شبیه سازی خواص و رفتار نانو لوله های کربنی بوسیله روش های پیوسته. 73

    4-1 مقدمه  74

    4-2 مواد در مقیاس نانو. 75

       4-2-1 مواد محاسباتی.. 75

       4-2-2 مواد نانوساختار. 76

    4-3 مبانی تئوری تحلیل مواد در مقیاس نانو. 77

       4-3-1 چارچوب های تئوری در تحلیل مواد. 77

           4-3-1-1 چارچوب محیط پیوسته در تحلیل مواد. 77

    4-4 روش های شبیه سازی.. 79

       4-4-1 روش دینامیک مولکولی.. 79

       4-4-2 روش مونت کارلو. 80

       4-4-3 روش محیط پیوسته. 80

       4-4-4 مکانیک میکرو. 81

       4-4-5 روش المان محدود (FEM). 81

       4-4-6 محیط پیوسته مؤثر. 81

    4-5 روش های مدلسازی نانو لوله های کربنی.. 83

       4-5-1 مدلهای مولکولی.. 83

           4-5-1-1 مدل مکانیک مولکولی ( دینامیک مولکولی) 83

           4-5-1-2 روش اب انیشو. 86

           4-5-1-3 روش تایت باندینگ... 86

           4-5-1-4 محدودیت های مدل های مولکولی.. 87

       4-5-2 مدل محیط پیوسته در مدلسازی نانولوله ها 87

           4-5-2-1 مدل یاکوبسون. 88

           4-5-2-2 مدل کوشی بورن. 89

           4-5-2-3 مدل خرپایی.. 89

           4-5-2-4 مدل  قاب فضایی.. 92

    4-6 محدوده کاربرد مدل محیط پیوسته. 95

       4-6-1 کاربرد مدل پوسته پیوسته. 97

       4-6-2 اثرات سازه نانولوله بر روی تغییر شکل.. 97

       4-6-3 اثرات ضخامت تخمینی بر کمانش نانولوله. 98

       4-6-4 اثرات ضخامت تخمینی بر کمانش نانولوله. 99

       4-6-5 محدودیتهای مدل پوسته پیوسته. 99

           4-6-5-1 محدودیت تعاریف در پوسته پیوسته. 99

           4-6-5-2 محدودیت های تئوری کلاسیک محیط پیوسته. 99

       4-6-6 کاربرد مدل تیر پیوسته   100

     

    فصل پنجم 

    مدل های تدوین شده برای شبیه سازی رفتار نانو لوله های کربنی 102

    5-1 مقدمه  103

    5-2 نیرو در دینامیک مولکولی.. 104

       5-2-1 نیروهای بین اتمی.. 104

           5-2-1-1 پتانسیلهای جفتی.. 105

           5-2-1-2 پتانسیلهای چندتایی.. 109

       5-2-2 میدانهای خارجی نیرو. 111

    5-3 بررسی مدل های محیط پیوسته گذشته. 111

    5-4 ارائه مدل های تدوین شده برای شبیه سازی نانولوله های کربنی.. 113

       5-4-1 مدل انرژی- معادل. 114

           5-4-1-1 خصوصیات  محوری نانولوله های کربنی تک دیواره 115

           5-4-1-2 خصوصیات  محیطی نانولوله های کربنی تک دیواره 124

       5-4-2 مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS. 131

           5-4-2-1 تکنیک عددی بر اساس المان محدود. 131

           5-4-2-2 ارائه 3 مدل تدوین شده اجزاء محدود توسط نرم افزار ANSYS. 141

       5-4-3 مدل اجزاء محدود بوسیله کد عددی تدوین شده توسط نرم افزار MATLAB.. 155

           5-4-3-1 مقدمه. 155

           5-4-3-2 ماتریس الاستیسیته. 157

           5-4-3-3 آنالیز خطی و روش اجزاء محدود برپایه جابجائی.. 158

           5-4-3-4 تعیین و نگاشت المان. 158

           5-4-3-5 ماتریس کرنش-جابجائی.. 161

           5-4-3-6 ماتریس سختی برای یک المان ذوزنقه ای.. 162

           5-4-3-7 ماتریس سختی برای یک حلقه کربن.. 163

           5-4-3-8 ماتریس سختی برای یک ورق گرافیتی تک لایه. 167

           5-4-3-9 مدل پیوسته به منظور تعیین خواص مکانیکی ورق گرافیتی تک لایه. 168

     

    فصل ششم 

    نتایج   171

    6-1 نتایج حاصل از مدل انرژی-معادل. 172

       6-1-1 خصوصیات محوری نانولوله کربنی تک دیواره 173

       6-1-2 خصوصیات محیطی نانولوله کربنی تک دیواره 176

    6-2 نتایج حاصل از مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS. 181

       6-2-1 نحوه مش بندی المان محدود نانولوله های کربنی تک دیواره در نرم افزار ANSYS و ایجاد ساختار قاب فضایی و مدل سیمی به کمک نرم افزار ]54MATLAB [  182

       6-2-2 اثر ضخامت بر روی مدول الاستیک نانولوله های کربنی تک دیواره 192

    6-3 نتایج حاصل از مدل اجزاء محدود بوسیله کد تدوین شده توسط نرم افزار MATLAB.. 196

     

    فصل هفتم 

    نتیجه گیری و پیشنهادات 203

    7-1 نتیجه گیری.. 204

    7-2 پیشنهادات.. 206

     

    فهرست مراجع 207

     

    منبع:

     

    http://www.irannano.org ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

    S. Iijima, Nature 354 (1991) 56–58

    Sumio Iijima, “Carbon nanotubes: past, present, and future”, Physica B, 2002 , 323 1–5

    Dong Qian, Gregory J Wagner, and Wing Kam Liu, Mechanics of carbon nanotubes

    V.M. Harik, T.S. Gates and M.P. Nemeth, Applicability of the Continuum-shell Theories to the Mechanics of Carbon Nanotubes, NASA/CR-2002-211460 ICASE Report No. 2002-7

    H. Rafii-Tabar. Computational modeling of thermo-mechanical and transport properties of carbon nanotubes Physics Reports 390 (2004) 235.

    Deepak Srivastava, Chenyu Wei and Kyeongjae Cho, Nanomechanics of Carbon Nanotubes and Composites, Applied Mechanics Review Vol. 56,No. 2,2003.

    Ji Zang, Andrejs Trei bergs, Y. Han and Feng Liu, Geometric Constant Defining Shape Transition of a asingle Carbon Nanotube, Physical Review Letters, Vol.92, No. 10,2004.

    D.Y.Sun, D.J.Shu, M.Ji Feng Liu, M. wang and X.G.Gong, Pressure-induced Hard to soft Transition of a single Carbon Nanotube, Physical Review  B 70, 165417, 2004.

    Q. Wang and V.K. Varadan, Stability Analysis of Carbon Nanotubes Via Continuum Models, Smart Materials and Structures, 281-286, 2005.

    M. Dao, L. Lu, R.J. Asaro, J.T.M. De Hosson, E. Ma, Toward a quantitative understanding of mechanical behavior of nanocrystalline metals, Acta Mater 2007; In press

    Thomas S.Gate and Jeffrey A.Hinkley, Computational Materials:Modeling and Simulation of Nanostructured Materials and Systems, NASA/TM-2003-212163, 2003.

    W. M. Lai, D. Rubin, E.Kremple, Introduction to continuum mechanics 3rd ed. Pergamon Press 1985

    P.K. Valavala and G.M. Odegard, MODELING TECHNIQUES FOR DETERMINATION OF MECHANICAL PROPERTIES OF POLYMER NANOCOMPOSITES, Rev.Adv.Mater.Sci. 9 (2005) 34-44

    Yakobson BI, Brabec CJ, Bernholc J. Nanomechanics of carbon, tubes: instabilities beyond linear range. Phys Rev Lett 1996; 76(14):2511–4.

    Gregory M. Odegarda, Thomas S. Gatesb, Lee M. Nicholsonc, Kristopher E. Wised, Equivalent-continuum modeling of nano-structured materials, Composites Science and Technology 62 (2002) 1869–1880

    Chunyu Li, Tsu-Wei Chou . International Journal of Solids and Structures 40 (2003) 2487–2499

    K.I. Tserpes, P. Papanikos . Composites: Part B 36 (2005) 468–477

    V.M. Harik, Computational Materials Science: Mechanics of carbon nanotubes: applicability of the continuum-beam models (2002) 328–342

    Rappe, A.K., Casewit, C.J., Colwell, K.S., 1992. A full periodic-table force-field for molecular mechanics and molecular dynamics, simulations. Journal of American Chemical Society 114, 10024–10035

    Brenner, D.W., 1990. Empirical potential for hydrocarbons for use in simulating the chemical vapor deposition of diamond films. Physical Review B 42, 9458.

    Cornell, W.D., Cieplak, P., Bayly, C.I., 1995. A second generation force-field for the simulation of proteins, nucleic-acids, and organic molecules. Journal of American Chemical Society 117, 5179–5197.

    Tersoff, J., 1992. Energies of fullerenes. Physics Review B 46, 15546–15549

    Zhang, P., Huang, Y.,Gao, H., Hwang, K.C. “Fracture nucleation in single-wall carbon nanotubes under tension: continuum analysis incorporating interatomic potentials”, J.Appl.Mech ,2002a,Trans.ASME 69,454–458.

    Zhang, P., Huang, Y., Geubelle, P.H., Klein, P., Hwang, K.C., “The elastic modulus of single-wall carbon nanotubes: continuum analysis incorporating interatomic potentials” Int.J.Solids Struct ,2002b,39,3893–3906.

    G.I. Giannopoulos, P.A. Kakavas, N.K.Anifantis , “Evaluation of the effective mechanical properties of single walled carbon nanotubes using a spring based finite element approach”, Computational Materials Science,2007

    Marco Rossi, Michele Meo, Composites Science and Technology: On the estimation of mechanical properties of single-walled carbon nanotubes by using a molecular-mechanics based FE approach , ARTICLE IN PRESS(2008)

    T.Changa, H. Gao, “Size-dependent elastic properties of a single-walled carbon nanotube via a molecular mechanics model”, Journal of the Mechanics and Physics of Solids 51 ,2003,1059 – 1074

    J.R. Xiao, B.A. Gama, J.W. Gillespie Jr., “An analytical molecular structural mechanics model for the mechanical properties of carbon nanotubes”, International Journal of Solids and Structures 42, 2005, 3075–3092.

    Yongdong Wu,b, Xiaochun Zhang, A.Y.T. Leung,_, Weifang Zhong, Thin-Walled Structures, An energy-equivalent model on studying the mechanical properties of single-walled carbon nanotubes, (2006) 667–676

    J.R. Xiao , S.L. Lopatnikov , B.A. Gama, J.W. Gillespie Jr. “Nanomechanics on the deformation of single- and multi-walled carbon nanotubes under radial pressure”, Materials Science and Engineering A 416 ,2006, 192–2.

    Chunyu Li, Tsu-Wei Chou, Composites Science and Technology: Elastic moduli of multi-walled carbon nanotubes and the effect of van der Waals forces, (2003) 1517–1524

    A.L. Kalamkarov,*, A.V. Georgiades, S.K. Rokkam, V.P. Veedu, M.N. Ghasemi-Nejhad: (2006) 6832–6854

    K.I. Tserpes , P. Papanikos, G. Labeas, Sp.G. Pantelakis: Theoretical and Applied Fracture Mechanics, Multi-scale modeling of tensile behavior of carbon nanotube-reinforced composites: (2008) 51–60

    Machida, K., 1999. Principles of Molecular Mechanics. John Wiley and Sons, Chichester, NY.

    Haile, J.M, 1992. Molecular Dynamics Simulation: Elementary Methods. John Wiley and Sons, New York.

    Walther, J.H., Jaffe, R., Halicioglu, T., Koumoutsakos, P., 2001. Carbon nanotubes in water: structural characteristics and energetics Journal of Physical Chemistry B 105 (41), 9980–9987.

    Allinger, N.L., Yuh, Y.H., Lii, J.H., 1989. Molecular mechanics: the MM3 force field for hydrocarbons. Journal of the American Chemical Society 111, 8551–8566.

    Jorgensen, W.L., Severance, D.L., 1990. Aromatic aromatic interactions-free energy profiles for the benzene dimmer in water, chloroform, and liquid benzene. Journal of American Chemical Society 112, 4768–4774.

    T. Belytschko, S. Xiao, G. Schatz, R. Ruoff, Atomistic simulations of nanotube fracture, Physical Review B 65 (25) (2002) 235430

    X. Sun, W. Zhao, Prediction of stiffness and strength of single-walled carbon nanotubes by molecular-mechanics based finite element approach, Materials Science and Engineering 390 (2005) 366–371

    Riks E. Incremental approach to the solution of snapping and buckling problems. Int J Solids Struct 1979;15(7):529–51

    Yang YB, McGuire M. A work control method for geometrically analysis. In: Middleton J, Pande GN, editors. Proc. nonlinear 1985 Int. Conf. Num. Meth. Engng.. Wales (UK): University College Swansea; 1985. p. 913–21.

    Yang YB, Shieh MS. Solution method for nonlinear problems with multiple critical-points. AIAA J 1990;28:2110–6

    B Jalalahmadi and R Naghdabadi, Journal of Physics: Finite Element Modeling Of single Walled-carbon nano tubes with introducing a new wall thickness, (2007) 497

    G.M. Odegarda, T.S. Gatesb, K.E. Wisea, C. Parka, E.J. Siochic, Constitutive modeling of nanotube–reinforced polymer composites, Composites Science and Technology 63 (2003) 1671–1687.

    .Kin-Tak Laua , Mircea Chipara, Hang-Yin Ling, David Hui, Composites: Part B, On the effective elastic moduli of carbon nanotubes for nanocomposite structures, (2004) 95–101

    Antonio Pantano, David M.Parks, Mary C.Boyce, Mechanics of deformation of single- and multi-wall carbon nanotubes, Journal of the Mechanics and Physics of Solids 52 (2004) 789 – 821.

    A.R. Setoodeh, S. Safarian, Finite element modeling of single-walled carbon nanotubes, 2nd International Congress on Nanoscience & Nanotechnology , 28-30 October 2008 University of Tabriz, Iram

    A.R. Setoodeh, S. Safarian, STUDYING THE EFFECTS OF WALL-THICKNESS AND DIAMETER ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF SWCNTS WITH CONTINUUM MODEL, 1th Conference on Application of Nanotechnology in Sciences, Engineering and Medicine February14 & 15, 2008, Islamic Azad University of  Mashhad - (NTC2008)

    A.R. Setoodeh, S. Safarian, Studying the Effects of Wall-Thickness and Diameter on the Mechanical Properties of SWNTs, International Conference on MEMS and Nanotechnology (ICMN2008), 13-15 MAY 2008 , International Islamic University MALAYSIA

    A.R. Setoodeh, S. Safarian ,STUDYING MECHANICAL PROPERTIES OF SINGLE-WALLED CARBON NANOTUBE UNDER RADIAL PRESSURE WITH AN ENERGY-EQUIVALENT MODEL 1th Conference on Application of Nanotechnology in Sciences, Engineering and Medicine February14 & 15, 2008, Islamic Azad University of  Mashhad - (NTC2008)

دریافت لینک دانلود به صورت خودکار بلافاصله پس از پرداخت

امکان پرداخت آنلاین از طریق کلیه کارت های عضو شتاب

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول