Skip to main content
SUPERVISOR
Seyed Ailreza Shahidi rizi,Hamidreza Mirdamadi
سید علیرضا شهیدی ریزی (استاد راهنما) سیدحمیدرضا میردامادی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Morteza Karimi
مرتضی کریمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Studying the size and surface effects on the buckling and vibration of rectangular nano-plates
Since surface atoms determines the chemical properties of reactive material, for an elastic material with small size, surface effects can not be ignored because of the very large surface to volume ratio to form. Adding surface effects, buckling and vibration analysis of nano-plates with isotropic properties has been studied in this work. For the buckling loads on the nano-plate to axial and pure shear is considered. Three materials such as graphene, silver and aluminum have been studied. Graphene has extraordinary properties such as nano-scale size, high mechanical stiffness and roughness, high electrical and thermal conductivity, flexibility (ductility) and magnetic property. The unique properties of this material have received a lot of attention from the scientists. The small scale and surface effects were taken into account using the Eringen’s nonlocal elasticity theory and Gurtin- Murdoch’s theory, Respectively. Nonlocal elasticity theory was employed in this study because the results obtained from this theory have been proved to be in good agreement with those obtained from atomic simulations. The effects of surface properties including the surface elasticity, surface residual stress and surface mass density. The governing equations for the isotropic nano-plates buckling and vibration problems were derived using the classic theory of nano-plates. In order to solve the obtained differential equations, the so-called finite difference method was employed. The finite difference method replaces the plate differential equation and the expressions defining the boundary conditions with equivalent differences equations. The solution of the bending problem thus reduces to the simultaneous solution of a set of algebraic equations written for every nodal point within the plate. Problems were solved using a developed computer code in the Matlab software environment, and the effect of various parameters on the buckling and vibration was studied. The Navier’s method has been used to validate results. The effect of non-local parameter, surface effects, different mode, load ratio, aspect ratio, different boundary conditions and Thermal effects on the critical buckling and vibration of nanoplate have been investigated. It has been shown that the finite difference method method is an effective method in terms of both accuracy and rate of convergence for analysis of nanostructures. When the plate is increased, the surface effects on the critical buckling load ratio is bigger. also by increasing the non-local parameter, effects of the surface elasticity modulus and surface residual stress decreases. On the other hand with an increase the buckling mode, the surface effects diminish. Keywords Buckling analysis nano-plates, Vibration analysis nano-plates, Surface effects, Eringen’s nonlocal elasticity theory, Finite difference method
از آنجایی که اتمهای سطحی تعیین کننده خواص شیمیایی از جمله واکنش پذیری مواد هستند، برای یک ماده الاستیک با اندازه کوچک ، اثرات سطحی را نمی توان نادیده گرفت چرا که نسبت سطح به حجم بخش بسیار عمده ای تشکیل می دهد . در این پایان نامه با اضافه کردن اثرات سطحی، به تحلیل کمانش و ارتعاش نانوصفحات با خواص همسانگرد پرداخته شده است. برای مسئله کمانش، نیروهای وارده بر نانوصفحه به صورت محوری و برش خالص در نظر گرفته شده است. سه ماده مختلف مانند گرافن، نقره و آلومینیم مورد مطالعه قرار گرفته است. از جمله ویژگی های منحصر به فرد گرافن می توان به اندازه نانومتری، سختی و استحکام مکانیکی بسیار زیاد، قدرت رسانایی الکتریکی و حرارتی بسیار بالا، انعطاف پذیری و خاصیت مغناطیسی اشاره کرد. این ویژگی های منحصر به فرد باعث شده تا این ماده مورد توجه دانشمندان در حوزه های مختلف قرار گیرد. برای بررسی اثرات مقیاس کوچک از نظریه غیر محلی ارینگن و برای بررسی اثرات سطحی از نظریه گورتین- مرداک در استخراج معادلات ساختاری استفاده شده است. نظریه غیرمحلی به دلیل تطابق خوب نتایج آن با نتایج شبیه سازی های اتمی انتخاب شده است. خواص سطحی گورتین- مرداک شامل کشش سطحی، سطح تنش پسماند سطحی و چگالی سطحی است. برای استخراج معادلات کمانش و ارتعاش نانوصفحات همسانگرد از نظریه کلاسیک صفحات و برای حل معادلات استخراج شده از روش تفاضل محدود استفاده شده است. روش تفاضل محدود، از از عبارات تفاضلی برای مدل کردن معادله دیفرانسیل ورق و همچنین شرایط مرزی استفاده می کند. از این رو حل مساله خمش همزمان به حل مجموعه ای از معادلات جبری که برای هر نقطه شبکه در داخل ورق نوشته شده، تبدیل می شود. در ادامه توسط یک برنامه در محیط نرم افزار متلب اقدام به حل مساله شده و تاثیر پارامترهای مختلف بر بار بحرانی کمانشی و فرکانس ارتعاشی مطالعه گردیده است. از روش حل ناویر برای اعتبارسنجی نتایج بهره گرفته شد. تاثیر ضریب مقیاس کوچک، اثرات سطحی، مودهای مختلف، نسبت بار، نسبت ابعاد، شرایط مرزی مختلف واثرات حرارت بر کمانش و ارتعاش نانوصفحات بررسی شده است. نشان داده شده استکه روش تفاضل محدود، روش مناسبی برای بررسی نانوساختارها?به لحاظ دقت و همگرایی میباشد.زمانی که طول صفحه افزایش می یابد، اثرات سطحی بر روی نسبت بار کمانش بحرانی بیشترمی شود.همچنین افزایش پارامترغیر محلی، اثرات مدول الاستیک سطحی و تنش پسماند سطحی را کاهش می دهد.از سوی دیگر با افزایش مود کمانش ،اثرات سطحی کاهش می یابد. کلمات کلیدی: 1- تحلیل کمانش نانوصفحات 2- تحلیل ارتعاش نانوصفحات 3- اثرات سطحی 4-نظریه غیرمحلی ارینگن 5- روش تفاضل محدود

ارتقاء امنیت وب با وف بومی