بررسی رفتار مکانیکی الاستیک نانو لوله های کربنی با استفاده از روش اجزاء محدود

تلاش های زیادی برای مطالعه نانو لوله های کربنی با روش های متفاوت صورت گرفته است. به صورت کلی دو شیوه برای تحلیل خواص نانو لوله های کربنی وجود دارد؛ روش دینامیک مولکولی و مکانیک محیط پیوسته. با وجود اینکه روش دینامیک مولکولی می تواند به هر مسئله ای در رابطه با حرکت اتمی یا مولکولی بپردازد، محاسبات سنگین آنها کاربردشان را برای مسائل با تعداد کم مولکول یا اتم محدود می کند. بنابراین به کاربری این روش برای نانو لوله های کربنی تنها برای نانو لوله های تک دیواره با تعداد کم اتم عملی می باشد. با استفاده از روش مکانیک محیط پیوسته می توان این نقیصه را رفع نمود، اما ساده سازی های به کار رفته در این شیوه به طریقی در نتایج تأثیر می گذارد. در این پایان نامه یک مدل اجزاء محدود سه بعدی برای نانو لوله های کربنی تک دیواره ی آرمچیر و زیگ زاگ پیشنهاد شده است. با در نظر گرفتن نانو لوله های کربنی به عنوان ساختار قاب فضایی، رفتار مکانیکی آنها با استفاده از روش مکانیک ساختاری کلاسیک قابل تحلیل می باشد. پیوند های بین اتم های کربن به عنوان عضو حامل نیرو و اتم های کربن به عنوان مفاصل عضو ها در نظر گرفته می شوند. برای ایجاد مدل المان محدود، گره ها در مکان اتم های کربن قرار می گیرند و پیوند های بین آنها با استفاده از المان های تیر الاستیک سه بعدی مدل می شوند. مدول الاستیک المان تیر با ایجاد پیوندی بین ساختار مولکولی و محیط پیوسته مشخص می شود. ثوابت نیرویی تحت دماهای مختلف محیطی تغییر می کنند و باعث رفتار الاستیک و ابعاد هندسی جدیدی برای المان تیر می شوند. مدل سه بعدی اجزاء محدود نانو لوله کربنی به کمک برنامه نوشته شده در محیط fortran در نرم افزار ansys ایجاد می شود. برای شبیه سازی پیوند ها از المان سه بعدی beam 4 در نرم افزار استفاده شده است. بعضی پارامتر ها مانند قطر نانو لوله، ضخامت دیواره، نوع لوله و دمای محیط بر رفتار نانو لوله های کربنی تأثیر می گذارند. در این تحقیق به بررسی رفتار نانو لوله ها با تغییرات این پارامتر ها پرداخته شده است. منحنی خیز نانو لوله های کربنی نیز تحت خمش بررسی و با تیر اولر برنولی مقایسه شده است. همچنین کمانش نانو لوله کربنی تحت بار فشاری محوری مورد بررسی قرار گرفته است.