Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Saeed ZeiaeiRad
فتح اله کریم زاده (استاد مشاور) سعید ضیائی راد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zahra Ebrahim Zadeh Esfahani
زهرا ابراهیم زاده اصفهانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1385

TITLE

Simulation of elastic, vibrational and thermal behavior of Single-Walled Carbon Nanotubes
‍Carbon Nanotubes (CNTs) are nanomaterials that have spectacular machanical, physical and thermal properties. From machanical point of view, they are the stiffest known materials. Nanotubes stiffness is several times of steel stiffness, while their weight is only one sixth of the steel weight. In addition, nanotube electrical conductivity is several times greater than the best conductors. Their magnetic sucebtibility is greater than many other materials. With increasing or decreasing temperature, they have a similar behavior to Silisum. They are stable up to 3000 o C in vacuum. To use them in a wide range, it is necessary to study and predict their behavior under different situation and loadings. According to theoretical studies, using numerical simulations, nanotube properties can be estimated. One of the methods that is largely used in modeling nanomaterials, is Molecular Dynamic. Altough molecular dynamic is a powerful toll for modeling nanomaterials behavior, due to high computatiomal operations, it has some limitations in modeling materials.Many researchers are investigating about new methods with high precision and low computational operations. In this research, using a model based on structural mechanics and finite lement methods, the behavior of CNTs is proposed. This method is based on equivalent molecular potential and strain energies to compute constants of elements. Then the behavior of CNTs under tensional and torsional loads at different temperatures for undefected and defected structures. In addition, vibration of clamped CNTs at different temperatures is modeled. It is illustrated that elastic and torsional modules of CNTs are in TPa and GPa range, respectively. Defects in CNTs structure decrease these values. In this research the effect of vacancy defect and 5-7-7-5 defect are studied. Results indicate that vacancy defect has more effect on CNTs properties. By increasing temperature, due to weakening bonds between carbon atoms, the elastic constants of CNTs are decreased. Simulation on buckling of CNTs, under compressive load, shows that by increasing aspect ratio, the critical load is decreased. Results show that y increasing aspect ratio of CNTs, the fundamental frequency of clamped CNTs decreases. In addition, it is illustrated that the chirality of CNT has no effect on their fundamental frequency. Defected carbon nanotubes have a lower frequency than undefected carbon nanotubes.
نانولوله های کربنی مواد نانوساختاری هستند که دارای خواص فوق العاده مکانیکی، فیزیکی و حرارتی می باشند. از نظر مکانیکی سخت ترین مواد شناخته شده هستند، تا جاییکه استحکام آنها چندین برابر فولاد است درحالیکه وزن آنها، یک ششم نمونه فولادی می باشد. علاوه براین رسانایی الکتریکی آنها چندین برابر بهترین رساناهاست. حساسیت مغناطیسی شان بیشتر از بسیاری از مواد شناخته شده است. در برابر افزایش و یا کاهش دما مشابه سیلیسیم رفتار می کنند، و تا 3000 درجه سانتیگراد در خلا پایدار هستند. به منظور استفاده از نانولوله های کربنی در مقیاس وسیع لازم است ابتدا رفتار آنها در شرایط مختلف و تحت بارگذاری های متفاوت بررسی شده و پیش بینی شود. در حیطه مطالعات تئوری انجام شده بر روی نانولوله های کربنی، با استفاده از شبیه سازی های کامپیوتری می توان مقدار خواص آنها را تخمین زد. یکی از شیوه هایی که در حوزه مدل سازی رفتار نانومواد بسیار استفاده می گردد، دینامیک مولکولی است. اگرچه که دینامیک مولکولی ابزاری قدرتمند در عرصه مدل سازی رفتار مواد در مقیاس نانو است، اما به دلیل حجم محاسبات بالا در مدل سازی ماده با محدودیت استفاده روبروست. بسیاری از محققان درپی ابداع روش هایی نوین با دقت بالا و حجم محاسبات پایین هستند. در این پایان نامه با استفاده از مدلی که بر مبنای مکانیک سازه ها و المان محدود بنا شده، رفتار این مواد تحت بار کششی و پیچشی و در دماهای متفاوت برای ساختارهای بدون عیب و معیوب(با عیب حفره و با عیب 5-7-7-5) بررسی گردیده است. هم چنین ارتعاشات نانولوله های دو سر گیردار نیز در دماهای متفاوت مدل شده است. این شیوه بر مبنای معادل سازی پتانسیل مولکولی و انرژی های کرنشی مکانیک ساختاری کلاسیک جهت محاسبه مشخصات المان های مدل المان محدود بنا نهاده شده است. بارگذاری کششی نانولوله ها نشان داده است که مقدار مدول الاستیک و مدول پیچشی آنها به ترتیب در محدوده تراپاسکال و گیگاپاسکال است. وجود انواع عیوب در ساختار نانولوله ها سبب کاهش مقدار این ثابت ها می شود. در مدل ساخته شده یکبار تاثیر عیب حفره و بار دیگر تاثیر عیب 5-7-7-5 بررسی شده است. نتایج حاکی از تاثیر بیشتر عیب حفره می باشند. با افزایش دما نیز مقدار ثابت های الاستیک ماده کاهش می یابند که این مطلب به دلیل ضعیف شدن پیوندهای بین اتم ها می باشد. بررسی کمانش نانولوله ها تحت بار فشاری نشان می دهد که با افزایش نسبت منظری نانولوله(نسبت طول به قطر نانولوله) مقدار نیروی کمانشی کاهش می یابد. محاسبات نشان داده اند که با افزایش نسبت طول به قطر نانولوله مقدار فرکانس ارتعاشی آن کاهش می یابد، در عین حال کایرالیتی نانولوله بر مقدار فرکانس ارتعاشی بدون تاثیر است. وجود عیب حفره با توجه به ساختار نانولوله و مکان عیب، ممکن است مقدار فرکانس را کاهش دهد و یا ثابت نگه دارد. با افزایش نسبت منظری نانولوله تاثیر عیب حفره بر فرکانس ارتعاشی کمتر می شود. با افزایش دما نیز مقدار فرکانس ارتعاشی نانولوله کاهش می یابد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی