مدل مکانیک مولکولی ساختاری اصلاح شده و تعمیم یافته برای تعیین خواص مکانیکی نانولوله‌های کربنی

در این مقاله‏‌، یک مدل مکانیک مولکولی ساختاری (MSM) اصلاح شده و تعمیم‌یافته برای تحلیل نانولوله‌های کربنی (CNT) پیش‌ روی نهاده شده است. در این روش برهم‌کنش بین اتم‌های CNT با استفاده از یک المان تیر معادل با مقطع عمومی مدل‌سازی می‌شود. برای تعیین جهت‌های محلی تیر یک روش قاعده‌مند ارایه شده است. بر خلاف مدل MSM اولیه، در روش ارایه شده اثر خمش زاویه‌ی پیوند و وارونگی به صورت مستقل از هم در نظر گرفته شده‌اند. برای کشش و خمش پیوند، رفتار غیر خطی منطبق بر پتانسیل مورس اصلاح شده و برای پیچش و وارونگی رفتار خطی در نظر گرفته شد. مدل ارایه شده، وابستگی مدول‌های الاستیک CNT به اندازه و دست‌سانی را پیش‌بینی می‌کند. به‌ویژه، با افزایش قطر لوله، نسبت پواسون نانولوله کاهش یافته و به مقدار 2/0 میل می‌کند. به علاوه، رفتار غیر خطی نانولوله‌های زیگزاک و آرمچیر تحت اثر بار کششی تا نقطه‌ی شکست مورد مطالعه قرار گرفت. با مدل ارایه شده، می‌توان شکست پیش‌رونده‌ی پیوندها و خرابی CNT با عیب‌های اولیه‌ی استون-ویلز و تهی‌جای را مورد بررسی قرار داد. خواص الاستیک و رفتار کششی پیش‌بینی شده برای نانولوله‌ها تطابق بسیار نزدیکی با نتایج گزارش شده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی دارد.