Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Silani,Mehran Moradi
محمد سیلانی (استاد مشاور) مهران مرادی غریبوند (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Jannesary
محمد جان نثاری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

In-plane vibrational analysis of single-layer graphene sheet by scaled boundary finite element
Today, vibration analysis has proven to be one of the most important tools in the maintenance of mechanical and electronic equipment. Vibration and frequency analysis can be used to predict the behavior of materials used in mechanical and electronic devices. Graphene sheets are also widely used in the manufacture of nano- sensors and resonators, so it is important to study the frequency and vibration behavior of nano-graphene sheets. In this research, an attempt is made to use the scaled boundary finite element method to analyze the frequency and vibration of the graphene sheets. This method is one of the newest numerical methods that has been considered in recent years due to its special features. The scaled boundary finite element method has the advantages of both the boundary finite element and finite element methods but is currently less commonly used at the nanoscale. In this research, for the first time, this method at the nanoscale has been used to analyze the frequency and vibration of nano-graphene plates. For this purpose, hexagonal elements corresponding to the honeycomb structure of graphene were used. Equivalent energy criteria were also used in the simulation. In this study, the results of vibrational and frequency analysis were presented using the scaled finite element method, in different boundary conditions for single-layer graphene and different molecular orientations at in-plane degrees of freedom. The transient response of the graphene sheet to the harmonic concentric load was also studied. The results are in good agreement with the results of molecular dynamics and finite element methods and show that the natural frequencies of the system decrease with increasing model dimensions. It was also observed that the orientation of the molecules in the two directions of the armchair handle and the zigzag does not have much effect on the natural frequencies of the system. Vibration analysis was also applied to the graphene nanoribbons under concentrated load for cantilevered and bridged boundary conditions at the applied harmonic load with frequencies of 10 and 100 GHz, which showed more displacement in the cantilevered state than in the bridged state. Also, regarding the orientation of the molecules in the two directions of the armchair handle and the zigzag, a significant increase in the maximum displacement in the zigzag mode can be observed compared to the direction of the armchair handle at a frequency of 100 GHz. Keywords Nano Graphen, Energy equivalent model, Scaled bouandary Finite Element Method, Frequency Analysis, Vibration Analysis
: امروزه ثابت شده است تحلیل ارتعاشی یکی از مهم ترین ابزار ها در نگهداری تجهیزات مکانیکی و الکترونیکی است. می توان از تحلیل ارتعاشی و فرکانسی جهت پیش بینی رفتار مواد به منظور استفاده در تجهیزات مکانیکی و الکترونیکی بهره برد. ورق های گرافن همچنین کاربرد وسیعی در ساخت نانو حسگر ها و رزوناتورها دارد، لذا بررسی رفتار فرکانسی و ارتعاشی در صفحات نانو گرافن از اهمیت بالایی برخوردار است. در این تحقیق تلاش می شود از روش اجزای محدود مرزی مقیاس شده، جهت تحلیل فرکانسی و ارتعاشی صفحه گرافن استفاده شود. این روشاز جدید ترین روش های عددی است که به دلیل ویژگی های خاص خود در سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. روش اجزای محدود مرزی مقیاس شده، دارای مزیت های هر دو روش اجزای مرزی و اجزای محدود است ولی در حال حاضر از این روش درمقیاس نانو، کمتر استفاده شده است. در این پژوهش ، برای اولین بار از این روش در مقیاس نانو، به منظور تحلیل فرکانسی و ارتعاشی صفحات نانو گرافن استفاده شده است. بدین منظور از جزء های شش ضلعی منطبق بر ساختار لانه زنبوری گرافن استفاده شد. همچنین از معیار انرژی معادل در شبیه سازی استفاده شد. در این پژوهش نتایج حاصل از تحلیل ارتعاشی و فرکانسی به کمک روش اجزای محدود مرزی مقیا س شده، در شرایط مرزی مختلف برای گرافن تک لایه و در جهتگیری های مختلف مولکولی برای درجات آزادی داخل صفحه، ارائه شد. همچنین پاسخ زمانی صفحه گرافن به بار نقطه ای هارمونیک مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج از تطابق مناسبی با نتایج حاصل از دینامیک مولکولی و اجزای محدود برخوردار است و نشان می دهد فرکانس های طبیعی سیستم با افزایش ابعاد مدل، کاهش می یابد. همچنین مشاهده شد راستای قرارگیری مولکول ها در دو راستای دسته صندلی و زیگزاگ تاثیر چندانی روی فرکانس های طبیعی سیستم ندارد. تحلیل ارتعاشی نیز تحت بار نقطه ای برای شرایط مرزی یک سر گیردار و دو سر گیردار در فرکانس بار اعمالی 10 و 100 گیگا هرتز به نانو نوار های گرافن اعمال شد که نتایج نشان دهنده جابجایی بیشتر در حالت یک سر گیردار نسبت به حالت دوسر گیردار بود. همچنین در مورد جهت گیری مولکول ها در دو راستای دسته صندلی و زیگزاگ، افزایش چشم گیر جابجایی بیشینه در حالت زیگزاگ نسبت به راستای دسته صندلی در فرکانس 100 گیگا هرتز قابل مشاهده است. کلمات کلیدی نانو گرافن، مدل انرژی معادل، اجزای محدود مرزی مقیاس شده، تحلیل فرکانسی، تحلیل ارتعاشی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی