مدلسازی و تحلیل رفتار نانولوله های کربنی تحت بارگذاری های مختلف جهت کاربرد در مواد مرکب

نانولوله های کربنی را می توان به صورت فرم رول شده ورق گرافن فرض کرد که به علت پیوندهای کووالانت موجود در بین اتم های کربن، خواص منحصر به فردی را از خود نشان می دهند. در این پژوهش به مدلسازی و تحلیل ساختارهای مختلفی از نانولوله های کربنی برای تعیین خواص مکانیکی و بررسی رفتار آن تحت بارگذاری های محوری، خمشی و پیچشی با استفاده از روش مکانیک مولکولی و روش اجزای محدود یا به عبارتی روش محیط پیوسته معادل پرداخته می شود. لازم به ذکر است که در این پژوهش نانولوله هایی با محدوده طولی و قطری گسترده ای مدلسازی و بررسی می شود. مختصات گره ها (اتم های کربن) به وسیله الگوریتم ساده ای در نرم افزار matlab تعیین شده و نتایج آن در یک فایل apdl ذخیره می شود. پیوند میان اتم های کربن نانولوله با المان تیر خطی مدل می شود. برای این منظور در نرم افزار ansys از المان تیر خطی beam 188 استفاده شده است. بر اساس تساوی انرژی پتانسیل ناشی از برهم کنش های بین اتمی با انرژی کرنشی المان تیر، خصوصیات هندسی و مکانیکی المان تیر جایگزین برای پیوندهای کربن- کربن از جمله قطر و مدول الاستیسیته محاسبه می شود. با فراخوانی فایل apdl در محیط ansys، انواع بارگـذاری(محوری، پیچشی و خمشی) و شرایط مرزی اعمال مـی شود و با انجام تحلیل عددی به روش اجزای محدود، تأثیر قطر، طول و زاویه کایرال بر روی مدول الاستیسیته، ضـریب پواسون، مدول برشی و مدول خمشی انواع ساخـتارها شامل آرمچیر، زیگزاگ و کایرال بررسی مـی شود. نتایج نشان مـی دهند که با افزایش قطر و طول به یک مقدار مشخص، تاثیر این پارامترها بر رفـتار مکانیکی نانولوله ها حذف می شوند. پس تنها عامل تأثیر گذار بر روی خواص مکانیکی نانولوله ها، زاویه کایرال می باشد. نتایج عددی این پژوهش توافق خوبی با نتایج تحقیقات دیگر دارند.