بررسی ارتعاشات آزاد نانوصفحات مرکب گرافن-برن نیترید در محیط حرارتی با استفاده از تئوری آیفانتیس توام با گرادیان سرعت و روش ریتز

سازه های مرکب ساخته شده از گرافن و برن نیترید کلاس جدیدی از مواد هستند که خواص مکملی آنها، این مواد را برای محدوده وسیعی از کاربردها از جمله سازه های الکترونیکی مناسب می گرداند. با توجه به مطالعات اندکی که پیرامون رفتار مکانیکی نانوصفحات مرکب تک لایه و ترکیبی-لایه ای متشکل از برن نیترید و گرافن شده است، این مطالعه به بررسی ارتعاشات جانبی صفحات تک لایه و چند لایه با معماریهای متفاوت گرافن/برن نیترید در محیط حرارتی می پردازد. بدین منظور ابتدا نیروی واندوالز بین صفحات با استفاده از معادله لنارد-جونز 6-12 شبیه سازی شده است. سپس از تئوری ورق اصلاح شده دو متغیره (تئوری تغییرشکل برشی مرتبه بالا) برای شبیه سازی رفتار ارتعاشی صفحات مرکب تک لایه گرافن/برن نیترید یا صفحات مرکبی که به صورت عمودی بر روی یکدیگر چیده شده اند، استفاده شده است. برای لحاظ کردن اثر سایز به فرضیات تئوری ورق اصلاح شده دو متغیره (تئوری تغییرشکل برشی مرتبه بالا) ، از تئوری آیفانتیس برای استخراج انرژی پتانسیل غیر کلاسیک استفاده شده است، همچنین با یک مقیاس طول اضافی از گرادیان سرعت نیز در استخراج انرژی جنبشی بهره گرفته شده است. برای استخراج معادلات مقادیر ویژه حاکم بر مساله از اصل همیلتون توام با روش ریتز استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که مقادیر استفاده شده برای پارامترهای میدان نیرو که در شبیه سازی نیروی واندوالز بین صفحات استفاده می شود، تاثیر قابل توجهی بر مقدار سختی فنر معادل اندرکنش واندوالز دارند. یافته ها به وضوح نشان می دهند که با افزایش تعداد لایه های برن نیتریدی که به عنوان زیر لایه یا جداساز گرافن استفاده می شوند، فرکانس پایه نانو صفحات مرکب چند لایه کاهش می یابد. همچنین دیده می شود که در تعداد لایه های ثابت گرافن و برن نیترید با انتخاب چیدمانی مناسب می توان فرکانس پایه غیر هم فاز را کمینه یا بیشینه نمود. در نانوصفحات مرکب تک لایه با کنترل فضای اشغال شده توسط برن نیترید می توان فرکانس پایه نانو ورق را بهبود بخشید. صرف نظر از نوع ورق مرکب مورد مطالعه، با افزایش دما یا افزایش مقیاس طول، فرکانس پایه کاهش می یابد.