(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده
بررسی وتحلیل ارتعاشات آزاد و اجباری نانولوله کربنی چند جداره مستقر
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده
بررسی وتحلیل ارتعاشات آزاد و اجباری نانولوله کربنی چند جداره مستقر در یک محیط الاستیک به منظور دستیابی به درک ریاضی روشن از رفتار جداره های مختلف نانولوله تحت تاثیر نیروهای وان در والسی و ماده واسطه الاستیک یکی از مقوله های بسیار مهم در بررسی رفتار نانولوله کربنی جند جداره است.
تحلیل ارتعاشات خطی نانو لوله کربنی تحت مدل های تیر اویلر-برنولی و نیز مدل تیر تیموشنکو از موارد پر دامنه در مقالات سالهای اخیر بوده است،اما تحلیل ارتعاشات آزاد با در نظر گرفتن غیر خطی بودن هندسی نانولوله تاکنون یک بار در سال 2006 به منظور دستیابی به منحنی های جواب فرکانسی بر حسب دامنه ارتعاش نانولوله صورت گرفته است.این تحلیل بر اساس مدل تیر اویلر-برنولی مرکب و با بهره گرفتن از روش عددی”بالانس هارمونیک” انجام شده است.در تحلیل پیش رو سعی بر آن است که ابتدا به آنالیز ارتعاشات آزاد غیر خطی بر اساس مدل تیر اویلر-برنولی با بهره گرفتن از روش تحلیلی معدل گیری به منظور دستیابی به روابط فرکانس غیر خطی با دامنه پرداخته شود و سپس در پایان با مقایسه نتایج ناشی از روش معدل گیری با نتایج روش هارمونیک بالانس به بررسی میزان دقت روش مورد استفاده می پردازیم.
فهرست مطالب
1-فصل اول : مقدمه ای بر نانو فناوری و کاربردهای آن
1-1-چکیده……………………………………………………………………………………………………………………………….
1-2-مقدمه ای بر نانو فناوری……………………………………………………………………………………………………
1-3-دسته بندی و روش های معمول تولید نانو مواد………………………………………………………………
1-4-ساختارها و خواص نانولوله های کربنی…………………………………………………………………………….
1-4-1-ساختار…………………………………………………………………………………………………………………
1-4-2-خواص نانولوله های کربنی…………………………………………………………………………………..
1-5-پیوند های کربنی و نقایص ساختاری……………………………………………………………………………….
1-5-1-پیوند اتم های کربن……………………………………………………………………………………………..
1-5-2-نانولوله های بدون نقص……………………………………………………………………………………….
1-5-3-نانولوله های دارای نقص………………………………………………………………………………………
1-6-کاربردهای عملی نانو مواد و نانو فناوری در دنیای امروز………………………………………………….
1-6-1-هوای پاک با فناوری نانو………………………………………………………………………………………
1-6-2-فناوری نانو و خودرو های امروزی………………………………………………………………………..
1-6-3-خطرات نانوذرات…………………………………………………………………………………………………..
1-7-تاریخچه ای از فعالیت های انجام شده در راستای بررسی دینامیکی نانولوله های کربنی..
2-فصل دوم:آنالیز ارتعاشات غیر خطی نانولوله های کربنی
2-1-مقدمه………………….
2-2-مفاهیم و معادلات اساسی……………………………………………………….
2-2-1-مدل اویلر برنولی……………………………………………………………………
2-2-2-روش معدل گیری………………………………………………………………………………………………..
2-2-3-نیروی وان در والس بین نانولوله ها……………………………………………………………………..
2-2-4-فشار محیط الاستیک-مدل وینکلر………………………………………………………………………
2-2-5-تعیین ثابت k ……………………………………………………………………………………………………..
2-2-6-معادلات ارتعاشی نانولوله کربنی چند جداره……………………………………………………….
2-3-تحلیل ارتعاشات آزاد نانولوله کربنی تک جداره……………………………………………………………….
2-4- تحلیل ارتعاشات آزاد نانولوله کربنی دو جداره………………………………………………………………..
2-5- تحلیل ارتعاشات آزاد نانولوله کربنی در حالت کلی………………………………………………………..
3-فصل سوم:بررسی و مقایسه نتایج
3-1-مقدمه…………………………………………….
3-2-بررسی پاسخ فرکانسی بر حسب دامنه ارتعاش غیر خطی……………………………………………….
3-2-1-پاسخ فرکانسی نانولوله کربنی تک جداره……………………………………………………………
3-2-2-پاسخ فرکانسی نانولوله دو جداره…………………………………………………………………………
3-3-مقایسه پاسخ های بدست امده از روش های معدل گیری و بالانس هارمونیک………………
مراجع
1-1-چکیده
بررسی وتحلیل ارتعاشات آزاد و اجباری نانولوله کربنی چند جداره مستقر در یک محیط الاستیک به منظور دستیابی به درک ریاضی روشن از رفتار جداره های مختلف نانولوله تحت تاثیر نیروهای وان در والسی و ماده واسطه الاستیک یکی از مقوله های بسیار مهم در بررسی رفتار نانولوله کربنی جند جداره است.
تحلیل ارتعاشات خطی نانو لوله کربنی تحت مدل های تیر اویلر-برنولی و نیز مدل تیر تیموشنکو از موارد پر دامنه در مقالات سالهای اخیر بوده است،اما تحلیل ارتعاشات آزاد با در نظر گرفتن غیر خطی بودن هندسی نانولوله تاکنون یک بار در سال 2006 به منظور دستیابی به منحنی های جواب فرکانسی بر حسب دامنه ارتعاش نانولوله صورت گرفته است[14].این تحلیل بر اساس مدل تیر اویلر-برنولی مرکب و با بهره گرفتن از روش عددی”بالانس هارمونیک” انجام شده است.در تحلیل پیش رو سعی بر آن است که ابتدا به آنالیز ارتعاشات آزاد غیر خطی بر اساس مدل تیر اویلر-برنولی با بهره گرفتن از روش تحلیلی معدل گیری به منظور دستیابی به روابط فرکانس غیر خطی با دامنه پرداخته شود و سپس د رپایان با مقایسه نتایج ناشی از روش معدل گیری با نتایج روش هارمونیک بالانس به بررسی میزان دقت روش مورد استفاده می پردازیم.
1-2-مقدمه‌ای بر نانو فناوری
فناوری نانو از نظر لغوی به معنای هرگونه فناوری‌ای است كه در مقیاس نانو قابل اجرا بوده و برای رفع نیازهای جهان واقعی به كار رود. این فناوری در برگیرنده تولید و كاربرد سیستمهای فیزیكی، شیمیایی و بیولوژیكی- در محدوده وسیعی از اندازه اتمهای جداگانه یا مولكولها گرفته تا ابعاد زیر مولكولی- و همچنین تركیب سازه‌های ساده و تولید سازه‌های پیچیده‌تر می‌باشد.
نخستین بار در 29 دسامبر سال 1959 ریچارد فینمن1 برنده جایزه نوبل در نطق مشهورش تحت عنوان “آن پائین فضای بسیاری وجود دارد” در موسسه فناوری كالیفرنیا2 در نشستسالانه انجمن فیزیك آمریكا در مورد این انقلاب و فناوری نوین سخنرانی كرد. وی سالها پیش از اینكه میكروچیپها اختراع شوند به تشریح فناوریی پرداخت كه در آن می‌توان اجزایی با ابعاد مینیاتوری بسیار كوچك ایجاد كرد. او با این ایده كه می‌توان در ابعاد بسیار كوچك هم سازه‌هایی را به صورت اتم به اتم و یا مولكول به مولكول ساخت. تحقیقات و اكتشافاتی كه در زمینه تولید نانو ذرات از دهه هشتاد میلادی به بعد انجام شده، ادعاهای وی را تایید می‌كند[1].
یک سال بعد در سال 1960 راجر بیکن1 به تشریح خصوصیات نانو لوله پرداخت. تا اینکه در سال 1985 ریچارد اسمالی2 ساختار باکی بال را به کمک لیزر ساخت. یادآوری می‌شود که کربن خالص در ساختارهای گوناگونی ظاهر می‌شود که عبارتند از: ساختار الماس‌گونه3، به صورت صفحه‌ای از اتمهای کربن با فواصل معین4 ، به صورت کروی5 (باکی بال یا ساختار C60 ) ، به صورت نانو لوله تک جداره6 یا چند جداره7، و به صورت رشته‌ای و دسته‌ای از نانو لوله‌ها در کنار هم8 [1,2] .
در سال 1990 در موسسه‌ی تحقیقاتی ماکس پلانک به وسیله تخلیه قوس الکتریکی، باکی بال ساخته شد و سرانجام در سال 1991 سومیا ایجیما9 در موسسه NEC نانو لوله چند جداره را کشف کرد و آغازگر انقلاب فناوری نانو شد. ساخت نانو لوله‌های تک جداره مشکلتر از چند جداره است به همین دلیل این مساله از زمان کشف و تولید نانو لوله‌های چند جداره دو سال طول کشید تا اینکه در سال 1993 با همکاری دو موسسه IBM و NEC نانو لوله تک جداره ساخته شد.
خصوصیات الکتریکی، مکانیکی، نوری، مغناطیسی، شیمیایی، کاتالیستی و بیولوژیکی هر یک، از نقاط قابل تأمل در این فناوری نوین است .
در بسیاری از موارد مایل هستیم رفتار مواد را در مقیاس نانو پیش بینی کنیم اما در این مسیر مشکلاتی وجود دارد. یکی از مشکلات تغییر خواص فیزیکی و در نتیجه تغییر قوانین فیزیکی است، چرا که در مقیاس اتمی کاربرد قوانین فیزیکی نیوتونی نتایج دقیقی را به دست نمی دهد و بایستی از قوانین فیزیک مولکولی یا فیزیک کوانتومی برای توجیه پدیده‌هایی که در این مقیاس روی می دهد استفاده کرد. به علاوه در این مقیاس دیگر نمی‌توان مواد و ساختار آنان را پیوسته فرض کرد. از آنجایی که فرمولها و روابط فیزیک مولکولی بسیار پیچیده‌اند و علاوه بر آن زمان محاسبه بسیاری طلب می‌کنند و به اصطلاح گران تمام می شوند، در سالهای اخیر روند حرکت به سمت استفاده از روابط موجود در مهندسی برای بررسی رفتار نانو سازه‌ها با در نظر گرفتن این نکته است که این روابط از نظر کیفی در بسیاری موارد مسیر فرآیند را به خوبی توصیف می کنند؟ اما با توجه به اینکه دقت استفاده از این روابط به اندازه دقت قوانین دقیق فیزیک مولکولی برای توجیه پدیده‌ها و محاسبه کمی متغیرها نیست مسلماً خطاهایی وجود دارد که ممکن است حتی صحت نتایج را زیر سوال ببرند، اما برای حل این مساله می‌توان در برخی موارد روابط موجود را تصحیح کرد تا به واقعیت نزدیکتر باشند. البته حتی در مورد دقت
در یک محیط الاستیک به منظور دستیابی به درک ریاضی روشن از رفتار جداره های مختلف نانولوله
تحت تاثیر نیروهای وان در والسی و ماده واسطه الاستیک یکی از مقوله های بسیار مهم در بررسی رفتار نانولوله کربنی جند جداره است.
تحلیل ارتعاشات خطی نانو لوله کربنی تحت مدل های تیر اویلر-برنولی و نیز مدل تیر تیموشنکو از موارد پر دامنه در مقالات سالهای اخیر بوده است،اما تحلیل ارتعاشات آزاد با در نظر گرفتن غیر خطی بودن هندسی نانولوله تاکنون یک بار در سال 2006 به منظور دستیابی به منحنی های جواب فرکانسی بر حسب دامنه ارتعاش نانولوله صورت گرفته است.این تحلیل بر اساس مدل تیر اویلر-برنولی مرکب و با بهره گرفتن از روش عددی”بالانس هارمونیک” انجام شده است.در تحلیل پیش رو سعی بر آن است که ابتدا به آنالیز ارتعاشات آزاد غیر خطی بر اساس مدل تیر اویلر-برنولی با بهره گرفتن از روش تحلیلی معدل گیری به منظور دستیابی به روابط فرکانس غیر خطی با دامنه پرداخته شود و سپس در پایان با مقایسه نتایج ناشی از روش معدل گیری با نتایج روش هارمونیک بالانس به بررسی میزان دقت روش مورد استفاده می پردازیم.
فهرست مطالب
1-فصل اول : مقدمه ای بر نانو فناوری و کاربردهای آن
1-1-چکیده……………………………………………………………………………………………………………………………….
1-2-مقدمه ای بر نانو فناوری……………………………………………………………………………………………………
1-3-دسته بندی و روش های معمول تولید نانو مواد………………………………………………………………
1-4-ساختارها و خواص نانولوله های کربنی…………………………………………………………………………….
1-4-1-ساختار…………………………………………………………………………………………………………………
1-4-2-خواص نانولوله های کربنی…………………………………………………………………………………..
1-5-پیوند های کربنی و نقایص ساختاری……………………………………………………………………………….
1-5-1-پیوند اتم های کربن……………………………………………………………………………………………..
1-5-2-نانولوله های بدون نقص……………………………………………………………………………………….
1-5-3-نانولوله های دارای نقص………………………………………………………………………………………
1-6-کاربردهای عملی نانو مواد و نانو فناوری در دنیای امروز………………………………………………….
1-6-1-هوای پاک با فناوری نانو………………………………………………………………………………………
1-6-2-فناوری نانو و خودرو های امروزی………………………………………………………………………..
1-6-3-خطرات نانوذرات…………………………………………………………………………………………………..
1-7-تاریخچه ای از فعالیت های انجام شده در راستای بررسی دینامیکی نانولوله های کربنی..
2-فصل دوم:آنالیز ارتعاشات غیر خطی نانولوله های کربنی
2-1-مقدمه………………….
2-2-مفاهیم و معادلات اساسی……………………………………………………….
2-2-1-مدل اویلر برنولی……………………………………………………………………
2-2-2-روش معدل گیری………………………………………………………………………………………………..
2-2-3-نیروی وان در والس بین نانولوله ها……………………………………………………………………..
2-2-4-فشار محیط الاستیک-مدل وینکلر………………………………………………………………………
2-2-5-تعیین ثابت k ……………………………………………………………………………………………………..
2-2-6-معادلات ارتعاشی نانولوله کربنی چند جداره……………………………………………………….
2-3-تحلیل ارتعاشات آزاد نانولوله کربنی تک جداره……………………………………………………………….
2-4- تحلیل ارتعاشات آزاد نانولوله کربنی دو جداره………………………………………………………………..
2-5- تحلیل ارتعاشات آزاد نانولوله کربنی در حالت کلی………………………………………………………..
3-فصل سوم:بررسی و مقایسه نتایج
3-1-مقدمه…………………………………………….
3-2-بررسی پاسخ فرکانسی بر حسب دامنه ارتعاش غیر خطی……………………………………………….
3-2-1-پاسخ فرکانسی نانولوله کربنی تک جداره……………………………………………………………
3-2-2-پاسخ فرکانسی نانولوله دو جداره…………………………………………………………………………
3-3-مقایسه پاسخ های بدست امده از روش های معدل گیری و بالانس هارمونیک………………
مراجع
1-1-چکیده
بررسی وتحلیل ارتعاشات آزاد و اجباری نانولوله کربنی چند جداره مستقر در یک محیط الاستیک به منظور دستیابی به درک ریاضی روشن از رفتار جداره های مختلف نانولوله تحت تاثیر نیروهای وان در والسی و ماده واسطه الاستیک یکی از مقوله های بسیار مهم در بررسی رفتار نانولوله کربنی جند جداره است.
تحلیل ارتعاشات خطی نانو لوله کربنی تحت مدل های تیر اویلر-برنولی و نیز مدل تیر تیموشنکو از موارد پر دامنه در مقالات سالهای اخیر بوده است،اما تحلیل ارتعاشات آزاد با در نظر گرفتن غیر خطی بودن هندسی نانولوله تاکنون یک بار در سال 2006 به منظور دستیابی به منحنی های جواب فرکانسی بر حسب دامنه ارتعاش نانولوله صورت گرفته است[14].این تحلیل بر اساس مدل تیر اویلر-برنولی مرکب و با بهره گرفتن از روش عددی”بالانس هارمونیک” انجام شده است.در تحلیل پیش رو سعی بر آن است که ابتدا به آنالیز ارتعاشات آزاد غیر خطی بر اساس مدل تیر اویلر-برنولی با بهره گرفتن از روش تحلیلی معدل گیری به منظور دستیابی به روابط فرکانس غیر خطی با دامنه پرداخته شود و سپس د رپایان با مقایسه نتایج ناشی از روش معدل گیری با نتایج روش هارمونیک بالانس به بررسی میزان دقت روش مورد استفاده می پردازیم.
1-2-مقدمه‌ای بر نانو فناوری
فناوری نانو از نظر لغوی به معنای هرگونه فناوری‌ای است كه در مقیاس نانو قابل اجرا بوده و برای رفع نیازهای جهان واقعی به كار رود. این فناوری در برگیرنده تولید و كاربرد سیستمهای فیزیكی، شیمیایی و بیولوژیكی- در محدوده وسیعی از اندازه اتمهای جداگانه یا مولكولها گرفته تا ابعاد زیر مولكولی- و همچنین تركیب سازه‌های ساده و تولید سازه‌های پیچیده‌تر می‌باشد.
نخستین بار در 29 دسامبر سال 1959 ریچارد فینمن1 برنده جایزه نوبل در نطق مشهورش تحت عنوان “آن پائین فضای بسیاری وجود دارد” در موسسه فناوری كالیفرنیا2 در نشستسالانه انجمن فیزیك آمریكا در مورد این انقلاب و فناوری نوین سخنرانی كرد. وی سالها پیش از اینكه میكروچیپها اختراع شوند به تشریح فناوریی پرداخت كه در آن می‌توان اجزایی با ابعاد مینیاتوری بسیار كوچك ایجاد كرد. او با این ایده كه می‌توان در ابعاد بسیار كوچك هم سازه‌هایی را به صورت اتم به اتم و یا مولكول به مولكول ساخت. تحقیقات و اكتشافاتی كه در زمینه تولید نانو ذرات از دهه هشتاد میلادی به بعد انجام شده، ادعاهای وی را تایید می‌كند[1].
یک سال بعد در سال 1960 راجر بیکن1 به تشریح خصوصیات نانو لوله پرداخت. تا اینکه در سال 1985 ریچارد اسمالی2 ساختار باکی بال را به کمک لیزر ساخت. یادآوری می‌شود که کربن خالص در ساختارهای گوناگونی ظاهر می‌شود که عبارتند از: ساختار الماس‌گونه3، به صورت صفحه‌ای از اتمهای کربن با فواصل معین4 ، به صورت کروی5 (باکی بال یا ساختار C60 ) ، به صورت نانو لوله تک جداره6 یا چند جداره7، و به صورت رشته‌ای و دسته‌ای از نانو لوله‌ها در کنار هم8 [1,2] .
در سال 1990 در موسسه‌ی تحقیقاتی ماکس پلانک به وسیله تخلیه قوس الکتریکی، باکی بال ساخته شد و سرانجام در سال 1991 سومیا ایجیما9 در موسسه NEC نانو لوله چند جداره را ک<p> </p><p><a href="https://40y.ir/%d9%be%d8%a7%db%8c%d8%a7%d9%86-%d9%86%d8%a7%d9%85%d9%87-%d8%a7%d8%b1%d8%b4%d8%af-%d8%a2%d9%86%d8%a7%d9%84%db%8c%d8%b2-%d8%a7%d8%b1%d8%aa%d8%b9%d8%a7%d8%b4%d8%a7%d8%aa-%d8%ba%db%8c%d8%b1-%d8%ae%d8%b7/"><img class="alignnone size-medium wp-image-172178″ src="https://arshadfile.ir/wp-content/uploads/2019/09/thesis-6-300x300.png” width="300″ height="300″ /></a></p>شف کرد و آغازگر انقلاب فناوری نانو شد. ساخت نانو لوله‌های تک جداره مشکلتر از چند جداره است به همین دلیل این مساله از زمان کشف و تولید نانو لوله‌های چند جداره دو سال طول کشید تا اینکه در سال 1993 با همکاری دو موسسه IBM و NEC نانو لوله تک جداره ساخته شد.
خصوصیات الکتریکی، مکانیکی، نوری، مغناطیسی، شیمیایی، کاتالیستی و بیولوژیکی هر یک، از نقاط قابل تأمل در این فناوری نوین است .
در بسیاری از موارد مایل هستیم رفتار مواد را در مقیاس نانو پیش بینی کنیم اما در این مسیر مشکلاتی وجود دارد. یکی از مشکلات تغییر خواص فیزیکی و در نتیجه تغییر قوانین فیزیکی است، چرا که در مقیاس اتمی کاربرد قوانین فیزیکی نیوتونی نتایج دقیقی را به دست نمی دهد و بایستی از قوانین فیزیک مولکولی یا فیزیک کوانتومی برای توجیه پدیده‌هایی که در این مقیاس روی می دهد استفاده کرد. به علاوه در این مقیاس دیگر نمی‌توان مواد و ساختار آنان را پیوسته فرض کرد. از آنجایی که فرمولها و روابط فیزیک مولکولی بسیار پیچیده‌اند و علاوه بر آن زمان محاسبه بسیاری طلب می‌کنند و به اصطلاح گران تمام می شوند، در سالهای اخیر روند حرکت به سمت استفاده از روابط موجود در مهندسی برای بررسی رفتار نانو سازه‌ها با در نظر گرفتن این نکته است که این روابط از نظر کیفی در بسیاری موارد مسیر فرآیند را به خوبی توصیف می کنند؟ اما با توجه به اینکه دقت استفاده از این روابط به اندازه دقت قوانین دقیق فیزیک مولکولی برای توجیه پدیده‌ها و محاسبه کمی متغیرها نیست مسلماً خطاهایی وجود دارد که ممکن است حتی صحت نتایج را زیر سوال ببرند، اما برای حل این مساله می‌توان در برخی موارد روابط موجود را تصحیح کرد تا به واقعیت نزدیکتر باشند. البته حتی در مورد دقت
