مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

به کارگیری روش فضای حالت جهت پیش بینی خیز نانو تیرها

نویسندگان
1 مکانیک طراحی کاربردی، گروه مهندسی مکانیک، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز
2 هیات علمی / دانشگاه آزاد اسلامی تبریز
چکیده
مدلهای پیوسته اصلاح شده به علت توانایی محاسبات پارامترهای مختلف و دقت بالا، قابل مقایسه با مدلهای اتمی هستند، بنابراین، در نانومکانیک بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. با میل کردن ابعاد ساختار به نانو، تئوری پیوستگی کلاسیک قابلیت پیش بینی رفتار نانوساختارها را به دلیل وابستگی خواص به اندازه ندارد که آنرا اثر اندازه می نامند. در این تحقیق، ابتدا معادلات ارینگن از الاستیسیته غیرمحلی در تئوریهای کلاسیک تیر اولر- برنولی و تیموشنکو اعمال شدند. سپس با کمک جبر خطی و روش فضای حالت دستگاه معادلات دیفرانسیل منتجه حل و بررسی شدند. دو نوع بار نقطه ای و گسترده به همراه چهار شرط تکیه گاهی رایج در این مطالعه در نظر گرفته شد و حداکثر خیز نانو تیرها برای تمام شرایط مرزی با استفاده از متغیرهای حالت و جبر ماتریس بدست آمد. نتایج به دست آمده برای پارامترهای هندسی مختلف، شرایط مرزی و مقادیر مختلف پارامترغیر محلی برای نشان دادن اثرات هر یک ارائه شده است. نتایج نشان داد که حداکثر خیز بدون بعد برای تمام شرایط مرزی و هردو نوع بارگذاری نقطه ای و گسترده با افزایش پارامتر غیر محلی افزایش می یابد که نشانگر این امر هست که با افزایش پارامتر غیر محلی، سفتی نانو تیر کاهش می یابد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Using of state-space approach to predict deflection of nanobeams

نویسندگان English

Babak Safaei 1
A. M. Fattahi 2
1 Department of Mechanical Engineering, Tabriz Branch, Islamic Azad University, Tabriz, Iran.
2 Department of Mechanical Engineering, Tabriz Branch, Islamic Azad University, Tabriz, Iran
چکیده English

Modified continuum models have been the essence of much attention in nanomechanics through their computational efficiency and the capability to produce accurate results which are comparable to the atomistic models ones. As the dimensions of a structure approach to the nanoscale, the classical continuum theory has not the capability to predict the behavior of nanostructures due to the size-dependent of their properties which is known as size-effects. In this work, the bending behavior of nanobeams with common sets of boundary conditions is investigated using state-space modeling on the basis of nonlocal beam theories. Both uniform load and point load are considered in this study. To this end, Eringen’s equations of nonlocal elasticity are incorporated into the classical beam theories namely as Euler-Bernoulli beam theory (EBT) and Timoshenko beam theory (TBT). The maximum deflection of nanobeams corresponding to each set of boundary conditions is obtained using state variables and matrix algebra. The results are presented for different geometric parameters, boundary conditions, and the values of nonlocal parameter to show the effects of each distinctly. It is found that the non-dimensional maximum deflection corresponding to all boundary conditions and both loading cases will be increased for higher values of nonlocal parameter which show this fact that with increasing the nonlocal parameter, the stiffness of nanobeam decreases.

کلیدواژه‌ها English

Nanobeams
Bending Analysis
Beam theory
State-space modeling
[1] K. Ahmad and W. Pan, Dramatic Effect of Multiwalled Carbon Nanotubes on the Electrical Properties of Alumina Based Ceramic Nanocomposites, Composite Science and Technology, Vol. 69, No. 7-8, pp. 1016-1021, 2009.
[2] A.R. Hall, M.R. Falvo, R. Superfine, and S. Washburn, Electromechanical Response of Single-Walled Carbon Nanotubes to Torsional Strain in a Self-Contained Device, Nature, Vol. 2, pp. 413-416, 2006.
[3] Y.J. Kang, Y.H. Kim, and K.J. Chang, Electrical Transport Properties of Nanoscale Devices based on Carbon Nanotubes, Current Applied Physics, Vol. 9, No.1, pp. S7-S11, 2009.
[4] R. Aghababaei and J.N. Reddy, Nonlocal Third-Order Shear Deformation Plate Theory with Application to Bending and Vibration of Plates, Journal of Sound and Vibration, Vol. 326, No. 1-2, pp. 277-289, 2009.
[5] S. Azizi, A. M. Fattahi, and J. T. Kahnamouei, Evaluating mechanical properties of nanoplatelet reinforced composites undermechanical and thermal loads, Computational and Theoretical Nanoscience, Vol. 12, pp. 4179-4185, 2015.
[6] A.M. Fattahi and S. Sahmani, Size Dependency in the Axial Postbuckling Behavior of Nanopanels Made of Functionally Graded Material Considering Surface Elasticity, Arabian Journal for Science and Engineering, Vol. 42, No. 11, pp 4617–4633, 2017.
[7] A.M. Fattahi and Babak Safaei, Buckling analysis of CNT-reinforced beams with arbitrary boundary conditions. Microsystem Technologies, Vol. 23, No. 10, pp. 5079–5091, 2017
[8] S. Sahmani and A.M. Fattahi, Size-dependent nonlinear instability of shear deformable cylindrical nanopanels subjected to axial compression in thermal environments, Microsystem Technologies, Vol. 23, No. 10, pp. 4717-4731, 2016
[9] S. Sahmani and A.M. Fattahi, Development an efficient calibrated nonlocal plate model for nonlinear axial instability of zirconia nanosheets using molecular dynamics simulation, J Mol Graph Model, Vol. 75, pp. 20–31, 2017.
[10] S. Azizi, B. Safaei, A. M. Fattahi, and M. Tekere, Nonlinear Vibrational Analysis of Nanobeams Embedded in an Elastic Medium including Surface Stress Effects, Advanced in Materils Since and Engineering, pp. 1-7, 2015.
[11] J.N. Reddy, Energy Principles and Variational Methods in Applied Mechanics, second edition John Wiley and Sons, New York, 2002.
[12] A.C. Eringen, Linear Theory of Nonlocal Elasticity and Dispersion of Plane Waves, International Journal of Engineering Science, Vol. 10, No. 5, pp. 425-435, 1972.
[13] A.C. Eringen, On Differential Equations of Nonlocal Elasticity and Solutions of Screw Dislocation and Surface Waves, Journal of Applied Physics, Vol. 54, No. 9, pp. 4703-4710, 1983.
[14] R.E. Kalman, A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems, Trans ASME Journal of Basic Engineering, Vol. 82, pp. 35-45, 1960.