پایداری پیچشی مخازن استوانه ای جدار نازک تقویت شده توسط نانولوله های کربنی تحت گشتاور پیچشی

به علت خواص فیزیکی و مکانیکی ممتاز و یگانه نانولوله های کربنی امروزه از آنها به عنوان یک تقویت کننده ایده آل برای کامپوزیت هایی با استحکام بالا و چگالی پایین استفاده می شوند. در این تحقیق به بررسی پایداری پیچشی مخزن استوانه ای جدار نازک از جنس نانوکامپوزیت پلیمری تقویت شده با نانولوله های کربنی تک جداره پرداخته ایم. جهت تحلیل سازه معادلات تعادل را با استفاده از اصل حداقل انرژی پتانسیل بدست آورده ، و معادلات کرنش-تغییر مکان را با استفاده از روابط غیر خطی دانل و تئوری برشی مرتبه سوم سازه های کامپوزیتی که در آن جابجایی ها غیر خطی و از مرتبه سه فرض گردیده است به دست آورده ایم. با فرض رفتار الاستیک، نانوکامپوزیت از قانون هوک پیروی می کند و جهت تعیین درایه های ماتریس سختی، ضرایب الاستیک نانوکامپوزیت را براساس مدل میکرومکانیکی بدست آورده ایم. با مدل میکرومکانیکی مواردی شامل نانولوله های کربنی مستقیم و منظم، نانولوله های کربنی با جایگیری تصادفی و نیز دو مدل انباشتگی را با در نظر گرفتن اثر کسر حجمی مورد بررسی قرار داده ایم. در نهایت با استفاده از روش المان محدود و تئوری غیر خطی عمومی (روش بودیانسکی) بار بحرانی کمانش پیچشی سازه را برای نسبت های مختلف شعاع به ضخامت، طول به شعاع، کسرحجمی از نانولوله، پارامترهای انباشتگی و زاویه چیدمان نانولوله در پلیمر بدست آورده ایم. نتایج حاصله نشان می دهد برای هندسه های یکسان پایدارترین حالت سازه هنگامی رخ می دهد که سازه از کامپوزیت چند لایه ساخته شود و برای بهبود رفتار پایداری سازه های تک لایه باید زاویه چیدمان نانولوله ها اختلاف کمتری با راستای محور استوانه داشته باشد. با افزودن درصدکمی نانولوله به پلیمر نیز، سازه بار بحرانی پیچشی بیشتری را تحمل می نماید اما باید کسر حجمی نانولوله از حد مجازی کمتر نباشد. با در نظر گرفتن اثر دو پارامتر انباشتگی هنگام جایگیری تصادفی نانولوله ها در پلیمر مشخص گردید که هر چقدر نانولوله در پلیمر یکنواخت تر توزیع گردد سازه رفتار پایدارتری خواهد داشت. اثر نقایص هندسی اولیه را بصورت تابعی در روابط سینماتیکی اعمال کرده ایم و هرچند با افزایش دامنه نقص اولیه، پوسته بار بحرانی کمتری را تحمل می نماید اما تاثیری چندانی در ناپایداری پیچشی سازه استوانه ای ندارد.