پایان نامه آنالیز ارتعاشات غیر خطی نانو لوله های کربنی واقع در محیط الاستیک

word
86
9 MB
32301
مشخص نشده
کارشناسی ارشد
قیمت: ۸,۶۰۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه آنالیز ارتعاشات غیر خطی نانو لوله های کربنی واقع در محیط الاستیک

    پایان نامه

    جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد

    در رشته مکانیک

    بررسی وتحلیل ارتعاشات آزاد و اجباری نانولوله کربنی چند جداره مستقر در یک محیط الاستیک به منظور دستیابی به درک ریاضی روشن از رفتار جداره های مختلف نانولوله تحت تاثیر نیروهای وان در والسی و ماده واسطه الاستیک یکی از مقوله های بسیار مهم در بررسی رفتار نانو لوله کربنی جند جداره است.

    تحلیل ارتعاشات خطی نانو لوله کربنی تحت مدل های تیر اویلر-برنولی و نیز مدل تیر تیموشنکو از موارد پر دامنه در مقالات سالهای اخیر بوده است،اما تحلیل ارتعاشات آزاد با در نظر گرفتن غیر خطی بودن هندسی نانولوله تاکنون یک بار در سال 2006 به منظور دستیابی به منحنی های جواب فرکانسی  بر حسب دامنه ارتعاش نانولوله صورت گرفته است.این تحلیل بر اساس مدل تیر اویلر-برنولی مرکب و با استفاده از روش عددی"بالانس هارمونیک" انجام شده است.در تحلیل پیش رو سعی بر آن است که ابتدا به آنالیز ارتعاشات آزاد غیر خطی بر اساس مدل تیر اویلر-برنولی با استفاده از روش تحلیلی معدل گیری به منظور دستیابی به روابط فرکانس غیر خطی با دامنه پرداخته شود و سپس در پایان با مقایسه نتایج ناشی از روش معدل گیری با نتایج روش هارمونیک بالانس به بررسی میزان دقت روش مورد استفاده می پردازیم.

     

    1-2-مقدمه‌ای بر نانو فناوری

    فناوری نانو از نظر لغوی به معنای هرگونه فناوری‌ای است که در مقیاس نانو قابل اجرا بوده و برای رفع نیازهای جهان واقعی به کار رود. این فناوری در برگیرنده تولید و کاربرد سیستمهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی- در محدوده وسیعی از اندازه‌ اتمهای جداگانه یا مولکولها گرفته تا ابعاد زیر مولکولی- و همچنین ترکیب سازه‌های ساده و تولید سازه‌های پیچیده‌تر می‌باشد.

    نخستین بار در 29 دسامبر سال 1959 ریچارد فینمن1 برنده جایزه نوبل در نطق مشهورش تحت عنوان "آن پائین فضای بسیاری وجود دارد" در موسسه فناوری کالیفرنیا2 در نشست

    ‏1 Richard P. Feynman

    2 California

     

    سالانه انجمن فیزیک آمریکا در مورد این انقلاب و فناوری نوین سخنرانی کرد. وی سالها پیش از اینکه میکروچیپها اختراع شوند به تشریح فناوریی پرداخت که در آن می‌توان اجزایی با ابعاد مینیاتوری بسیار کوچک ایجاد کرد. او با این ایده که می‌توان در ابعاد بسیار کوچک هم سازه‌هایی را به صورت اتم به اتم و یا مولکول به مولکول ساخت. تحقیقات و اکتشافاتی که در زمینه تولید نانو ذرات از دهه هشتاد میلادی به بعد انجام شده، ادعاهای وی را تایید می‌کند[1].

    یک سال بعد در سال 1960 ‏ راجر بیکن1 به تشریح خصوصیات نانو لوله پرداخت. تا اینکه در سال 1985 ریچارد اسمالی2 ساختار باکی بال را به کمک لیزر ساخت. یادآوری می‌شود که کربن خالص در ساختارهای گوناگونی ظاهر می‌شود که عبارتند از: ساختار الماس‌گونه3، به صورت صفحه‌ای از اتمهای کربن با فواصل معین4 ، به صورت کروی5 (با‏کی بال یا ساختار C60 ) ، ‏به صورت نانو لوله تک جداره6 یا چند جداره7، و به صورت رشته‌ای و دسته‌ای از نانو لوله‌ها در ‏کنار هم8 [1,2] .

    ‏در سال 1990 ‏در موسسه‌ی تحقیقاتی ماکس پلانک به وسیله تخلیه قوس الکتریکی، باکی بال ساخته شد و سرانجام در سال 1991 ‏سومیا ایجیما9 در موسسه NEC نانو لوله چند جداره را کشف کرد و آغازگر انقلاب فناوری نانو شد. ساخت نانو لوله‌های تک جداره مشکلتر از چند جداره است به همین دلیل این مساله از زمان کشف و تولید نانو لوله‌های چند جداره دو سال طول کشید تا اینکه در سال 1993 با همکاری دو موسسه IBM و NEC نانو لوله تک جداره ساخته شد.

     

    1 Roger Bacon

    2 Richard E. Smalley

    3 Diamond

    4 Graphite

    5 Buckyball / Fullerene / C60

    6 Single-walled carbon nanotubes (SWNT)

    7 Multi-walled carbon nanotubes (mWNT)

    8 Bundle or Rope

    9 S. Iijima

     

    خصوصیات الکتریکی، مکانیکی، نوری، مغناطیسی، شیمیایی، کاتالیستی و بیولوژیکی هر یک، از نقاط قابل تأمل در این فناوری نوین است .

    ‏در بسیاری از موارد مایل هستیم رفتار مواد را در مقیاس نانو پیش بینی کنیم اما در این مسیر مشکلاتی وجود دارد. یکی از مشکلات تغییر خواص فیزیکی و در نتیجه تغییر قوانین فیزیکی است، چرا که در مقیاس اتمی کاربرد قوانین فیزیکی نیوتونی نتایج دقیقی را به دست نمی دهد و بایستی از قوانین فیزیک مولکولی یا فیزیک کوانتومی برای توجیه پدیده‌هایی که در این مقیاس روی می دهد استفاده کرد. به علاوه در این مقیاس دیگر نمی‌توان مواد و ساختار آنان را پیوسته فرض کرد. از آنجایی که فرمولها و روابط فیزیک مولکولی بسیار پیچیده‌اند و علاوه بر آن زمان محاسبه بسیاری طلب می‌کنند و به اصطلاح گران تمام می شوند، در سالهای اخیر روند حرکت به سمت استفاده از روابط موجود در مهندسی برای بررسی رفتار نانو سازه‌ها با در نظر گرفتن این نکته است که این روابط از نظر کیفی در بسیاری موارد مسیر فرآیند را به خوبی توصیف می کنند؟ اما با توجه به اینکه دقت استفاده از این روابط به اندازه دقت قوانین دقیق فیزیک مولکولی برای توجیه پدیده‌ها و محاسبه کمی متغیرها نیست مسلماً خطاهایی وجود دارد که ممکن است حتی صحت نتایج را زیر سوال ببرند، اما برای حل این مساله می‌توان در برخی موارد روابط موجود را تصحیح کرد تا به واقعیت نزدیکتر باشند. البته حتی در مورد دقت کاربرد قوانین فیزیک مولکولی- که هر یک توصیف ریاضی مدل فیزیکی برای توجیه رفتار ذرات در مقیاس بسیار ریز است- تا زمانی که آزمایشهای عملی و دقیق انجام نشوند نمی‌توان اظهار نظر کرد.

    ‏مساله دیگری که وجود دارد این است که ما در علوم مهندسی کنونی در بسیاری از موارد به تفکیک پدیده‌ها ‏پرداخته و جداگانه پیرامون هر یک به بحث می پردازیم و برای ساده‌سازی روابط در بسیاری از موارد از اثر متغیرها و پدیده‌هایی که به گمان ما تأثیر چندانی بر روی پدیده مورد نظر ندارند چشم می پوشیم، در حالیکه این جداسازی در مقیاس نانو چندان امکان پذیر و درست نیست چرا که نتایج را به کلی تغییر می‌دهد به عبارت دقیقتر در این مقیاس بسیار ریز، غالباً خصوصیات مختلف روی هم تاثیر می‌گذارند و همین مساله ضرورت ایجاد دانشهای جدید، روابط دقیقتر و مدلسازی هوشمندانه‌تر از فرآیندهای مورد نظر را ایجاب می کند.

    با توجه به مطالبی که تاکنون بیان شد، در اینجا لزوم ارتباط میان مقیاسهای نانو تا میکرو و همچنین میکرو تا ماکرو مطرح می شود. همچنین لزوم ساخت دستگاههای منحصر بفردی برای اندازه‌گیری نیروهایی در اندازه پیکونیوتن و دیدن و محاسبه روی موادی به ابعاد نانومتر به خوبی احساس می‌شود. در ادامه به شرح مختصری از روشهای تولید و کاربردهای نانو پرداخته خواهد شد.

     

    1-3- ‏دسته بندی و روشهای معمول تولید نانو مواد

    ‏از زمان کشف نانو لوله‌های کربنی در سال 1991 ‏پیشرفت زیادی در جهت تولید و کاربرد این مواد حاصل شده که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

    ‏  مواد

    ‏جدا سازی شیمیایی و بیولوژیکی، خالص سازی مواد و ‏کاتالسیت‌ها

    ذخیره سازهای انرژی نظیر ذخیره سازهای هیدروژن، پیلهای ‏سوختی و باتریهای لیتیومی

    مواد کامپوزیتی جهت پوشش دادن، پرکردن و نیز به عنوان ‏مواد تشکیل دهنده سازه ها

      وسایل

    پرابها، سنسورها و عملگرها برای تصویر برداری، حس کردن و ‏دستکاری ذرات در مقیاس مولکولی

    ترانزیستورها، حافظه‌های رایانه‌ها و دیگر وسایل نانو الکترونیک

    وسایل نانو الکترونیکی که در خلأ کار می‌کنند نظیر ‏صفحه‌های نمایش تخت.

    ‏از مزایای این نانو ساختارها می‌توان به اندازه‌ی کوچک، مصرف کم انرژی، وزن کم و عملکرد فوق العاده خوب اشاره کرد.

    ‏مهمترین گروه‌های نانو مواد عبارتند از: فیلمهای نازک، نانو کامپوزیتها، نانو خوشه‌ها،  نانو لوله‌ها و نانو ذرات. فیلمهای نازک معمولاً فلزی یا سرامیکی هستند و معمولاً خود از نانو ذرات به شکل رسوب شده به دست آمده و به منظور محافظت و افزایش کارایی سطوح به کار می‌روند.

    بررسی خواص الکتریکی و حرارتی این نانو لایه‌ها از زمینه‌های مهم تحقیقاتی در این دسته از مواد است. نانو پوشش‌ها از زمینه‌های مهم عملی در زمینه‌ی کاربرد فناوری نانو می‌باشد که در انواع صنایع مثل اتومبیل، رنگرزی، لوازم خانگی، صنایع الکترونیکی، انرژی، محیط زیست، نظامی و... کاربرد دارد. در این عرصه سعی بر ساختن نوعی روکش برای تقویت سطوح مختلف، جلوگیری از هدر رفتن گرما و جذب و بازتابش پرتوهای ناشی از تشعشع می‌باشد . کاربردهای مهم آن امروزه در صنایع حفاری، نفت و گاز و صنایع هوایی می باشد.

    ‏کشف و مشاهده نانو خوشه‌ها یا نانو کریستالها به دهه نود بر می‌گردد. دانشمندان مشاهده کردند که اتمهای گازی به شکل خوشه‌هایی با اندازه‌های آنگستروم روی سطوح به همدیگر می‌چسبند. مهمترین خواص این مواد اثر چسبندگی آنها به یکدیگر است که در مقیاس ‏ریز اهمیت این مساله بیشتر است. از کاربردهای ساخت آنها ساخت نانو بلورهاست که سازگار با محیط زیست هستند.

    Abstract:

     

    Based on the continuum mechanics and a multiple-elastic beam model, the nonlinear free vibration of embedded multi-walled carbon nanotubes  considering intertube radial displacement and the related internal degrees of freedom is investigated. By using the “Averaging” method, the relationship of nonlinear amplitude and frequency response curves of the nonlinear free vibration  for the single-wall and double-walled nanotubes are obtained. The effects of the surrounding elastic medium , van der waals forces and aspect ratio of the multi-walled nanotubes on the amplitude frequency response characteristics are discussed.

  • فهرست و منابع پایان نامه آنالیز ارتعاشات غیر خطی نانو لوله های کربنی واقع در محیط الاستیک

    فهرست:

    1-فصل اول : مقدمه ای بر نانو فناوری و کاربردهای آن

     

    1-1-چکیده.................................................................................................................................................

    1-2-مقدمه ای بر نانو فناوری..................................................................................................................

    1-3-دسته بندی و روش های معمول تولید نانو مواد........................................................................

    1-4-ساختارها و خواص نانولوله های کربنی........................................................................................

    1-4-1-ساختار.................................................................................................................................

    1-4-2-خواص نانولوله های کربنی...............................................................................................

    1-5-پیوند های کربنی و نقایص ساختاری...........................................................................................

    1-5-1-پیوند اتم های کربن...........................................................................................................

    1-5-2-نانولوله های بدون نقص....................................................................................................

    1-5-3-نانولوله های دارای نقص...................................................................................................

    1-6-کاربردهای عملی نانو مواد و نانو فناوری در دنیای امروز..........................................................

    1-6-1-هوای پاک با فناوری نانو...................................................................................................

    1-6-2-فناوری نانو و خودرو های امروزی...................................................................................

    1-6-3-خطرات نانوذرات.................................................................................................................

    1-7-تاریخچه ای از فعالیت های انجام شده در راستای بررسی دینامیکی نانولوله های کربنی.............................................................................................................................................................

     

     

    2-فصل دوم:آنالیز ارتعاشات غیر خطی نانولوله های کربنی

     

    2-1-مقدمه..................................................................................................................................................

    2-2-مفاهیم و معادلات اساسی...............................................................................................................

    2-2-1-مدل اویلر برنولی................................................................................................................

    2-2-2-روش معدل گیری..............................................................................................................

    2-2-3-نیروی وان در والس بین نانولوله ها................................................................................

    2-2-4-فشار محیط الاستیک-مدل وینکلر.................................................................................

    2-2-5-تعیین ثابت k ....................................................................................................................

    2-2-6-معادلات ارتعاشی نانولوله کربنی چند جداره................................................................

    2-3-تحلیل ارتعاشات آزاد نانولوله کربنی تک جداره.........................................................................

    2-4- تحلیل ارتعاشات آزاد نانولوله کربنی دو جداره..........................................................................

    2-5- تحلیل ارتعاشات آزاد نانولوله کربنی در حالت کلی..................................................................

     

     

    3-فصل سوم:بررسی و مقایسه نتایج

     

    3-1-مقدمه..................................................................................................................................................

    3-2-بررسی پاسخ فرکانسی بر حسب دامنه ارتعاش غیر خطی.......................................................

    3-2-1-پاسخ فرکانسی نانولوله کربنی تک جداره.....................................................................

    3-2-2-پاسخ فرکانسی نانولوله دو جداره....................................................................................

    3-3-مقایسه پاسخ های بدست امده از روش های معدل گیری و بالانس هارمونیک..................

                مراجع.....................................................................................................................................................

     

     

     

     

    8

    8

    11

    13

    13

    16

    17

    17

    20

    25

    26

    26

    28

    29

     

    32

     

     

     

     

    34

    34

    34

    36

    36

    39

    40

    41

    45

    49

    60

     

     

     

     

    76

    76

    76

    78

    81

    84

     

    منبع:

     

     

    [1]Meyyappan M.,”Carbon nanotubes science and applications”,CRC     Press,2001,USA.

    [2]Warner Soedel,”Vibrations of Shells and plates”,Taylor & Francis ,3rd ed.2004,USA.

    [3]Wang.C.Y.Ru,C.Q.,Mioduchowski A.,”Elastic buckling of multi wall carbon nanotubes under high pressure”,J,Nanosci, Nanotechnol. 3,199-208(2003).

    [4]Wang,C.Y.,Ru,C.Q., Mioduchowski A.,”Axially compressed buckling of pressured multi-walled carbon nanotubes“,Int,3.Solids Struct.40,3893-3911(2003).

    [5]Saito,R.,Dresselhous,G.,Dresselhous,M.S.,”Physical properties of carbon nano tubes”,1998,USA.

    [6]Ru.C.Q.,”Axially compressed buckling of a double-walled carbon nanotube embedded in an elastic medium”,J.Mech.Phys.Solids 49, 1265-1279(2001).

    [7] Ru.C.Q.,”Effevtive bending stiffness of carbon nanotubes”, Phys,Rev. B 62,9973-9976(2000).

    [8]X.Q.He,S.Kitipornchai,K.M.liew,”Buckling analysis of multi-walled carbon  nanotubes:a continuum model acconting for van der waals interaction”,Int.J.Mech.Phys.53 303-326(2005).

    [9]Yonggiang Zhang,Guirong Liu,Xu Han “Transverse vibrations of double-walled carbon nanotubes under compressive axial load”, Physics Letters A340 258-266(2005).

    [10]Graham Kelly S.,Fundamentals of mechanical vibration”,Mc graw Hill,2nd ed.,2000,USA.

    [11]Metin AYDO GDO and Mehmet Cem ECE,”Vibration and buckling of In-plane loaded Double-walled Carbon nanotubes” ,Turkish J.Eng.Env. ,Sci.,31 1-6(2007).

    [12]J.Yoon,C.Q.Ru,A.Miodochowski,”Vibration of an Embedded Multiwalled carbon nanotubes”,j.Mech.Solids 63 1533-1542(2003).

    [13]C.M.Wang,V.B.C.Tan,Y.Y.Zhang,”Timoshenko Beam Model For Vibration Analysis of Multi-walled carbon nanotubes “,J.Civil, Mech.,294 1060-1072(2006).

    [14]Y.M.Fu.J.W.Hong,X.Q.Wang,”Analysis of Nonlinear Vibration for Embeded carbon nanotubes “,J.Mech.296 746-756(2006).

    [15]Ali Hasan Nayfeh,D.T.Mook,”Nonlinear Oscillations”,John Wiley & Sons Publication,1995,USA.

    [16]Timoshenco.S.,”Vibration Prublems in engineering”,2nd Ed.,New york,pages 331-338.

    [17]Han Q.,Lu GX.”Torsional buckling of a Double-walled carbon nanotube embedded in an elastic medium”Eur.J.Mech.A 2003,22 875-883.

    [18]Xiaohu Yao,Qiang Han,The thermal effect on axially compressed buckling of a double-walled carbon nanotubes”,European Solids 26(2007)298-312.

    [19]Bulson,P.S.,1958,”Buried Structure”,Chapman and Hall,London.

    [20]Timoshenco ,S.P.Goodier,J.N.1970.”Theory of Elasticity”,3rd Ed.,Mc graw-Hill,New york.

     

    [21]C.Q.Ru.”Elastic Buckling of single-walled carbon nanotubes Ropes under high pressure”Phs. Review B 62(2000)15.

    [22]Y.Lanir,Y.B.Fung.”Fiber composites columns under compressions” Journal of composite material ,6(1972)387-401.

    [23]H.T.Hahn J.G.Wiliams.”Compression Failure Mechanisms in unidirectional composites,composites materials:testing and Design” 7(1984)115-139.

    [24]C.Q.Ru.”Column buckling of multiwalled carbon nanotubes with interlayer radial displacements,Phs.Review B 62(2000)16962-16967.

    [25]Pin Lu,H.P.Lee,C.Lu,P.Q.Zhang,”Application of nonlocal beam models for carbon nanotubes”Int.J.Solids Struct,44,5289-5300(2007).

    [26]A.Pantano,M.C.Boyce D.M.Parks,”Nonlinear structuralmechanics based modeling of carbon nanotube deformation”,Phs Review letters 91(14),2003,145501-1_145501-4.

    [27]J.Yoon,C.Q.Ru,A.Miodochowski,”Vibration of an embedded multiwall carbon nanotube”,Composites Science and Thechnology 63 (2003),1533-1542.

    [28]Y.Lanir,Y.C.B.Fung,”Fiber composite columns under compressions” Journal of composite material 6(1972)387-401.

    [29]C.Q.Ru,”Elastic buckling of single-walled carbon nanotube ropes under high pressure”,Phs.review B 62(2000)15



تحقیق در مورد پایان نامه آنالیز ارتعاشات غیر خطی نانو لوله های کربنی واقع در محیط الاستیک, مقاله در مورد پایان نامه آنالیز ارتعاشات غیر خطی نانو لوله های کربنی واقع در محیط الاستیک, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه آنالیز ارتعاشات غیر خطی نانو لوله های کربنی واقع در محیط الاستیک, پروپوزال در مورد پایان نامه آنالیز ارتعاشات غیر خطی نانو لوله های کربنی واقع در محیط الاستیک, تز دکترا در مورد پایان نامه آنالیز ارتعاشات غیر خطی نانو لوله های کربنی واقع در محیط الاستیک, تحقیقات دانشجویی درباره پایان نامه آنالیز ارتعاشات غیر خطی نانو لوله های کربنی واقع در محیط الاستیک, مقالات دانشجویی درباره پایان نامه آنالیز ارتعاشات غیر خطی نانو لوله های کربنی واقع در محیط الاستیک, پروژه درباره پایان نامه آنالیز ارتعاشات غیر خطی نانو لوله های کربنی واقع در محیط الاستیک, گزارش سمینار در مورد پایان نامه آنالیز ارتعاشات غیر خطی نانو لوله های کربنی واقع در محیط الاستیک, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه آنالیز ارتعاشات غیر خطی نانو لوله های کربنی واقع در محیط الاستیک, تحقیق دانش آموزی در مورد پایان نامه آنالیز ارتعاشات غیر خطی نانو لوله های کربنی واقع در محیط الاستیک, مقاله دانش آموزی در مورد پایان نامه آنالیز ارتعاشات غیر خطی نانو لوله های کربنی واقع در محیط الاستیک, رساله دکترا در مورد پایان نامه آنالیز ارتعاشات غیر خطی نانو لوله های کربنی واقع در محیط الاستیک

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول
بانک دانلود پایان نامه رسا تسیس