مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی عددی بار ضربه ای به نانوتیر به روش اجزای محدود صریح و مقایسه با نانوتیر اویلر- برنولی و تیموشنکو

نویسندگان
1 دانشگاه تربیت مدرس
2 ولی عصر(عج)
3 تربیت مدرس
4 تفرش
چکیده
در این مقاله شبیه سازی عددی بر پایه روش اجزای محدود برای بررسی ضربه کم سرعت قائم, بر روی نانوتیر انجام شده است. ابتدا شبیه سازی برای بدست آوردن مدول الاستیسیته نانوتیرها, با ساختارهای مختلفی از آرایش زیگزاگ و آرمچیر به دو روش ضمنی و صریح و بمنظور نشان دادن دقت حل عددی انجام شده است. سپس شبیه سازی ضربه برای نسبت های منظری مختلفی از نانوتیر انجام شده است. شرایط مرزی دو سر ساده و دو سر گیردار، همچنین تاثیر نسبت طول به قطر بر روی تغییر شکل دینامیکی نانوتیر بررسی شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی، با دو روش تحلیلی بر اساس تئوری غیر محلی و برای نانوتیرهای اویلر- برنولی و تیموشنکو مقایسه و تطابق مناسبی مشاهده شده است. همچنین مقایسه مابین نتایج تحلیلی حاصل از نانوتیر اویلر- برنولی و تیموشنکو انجام شده و در هر دو تکیه گاه ساده و گیردار تطابق بسیار مناسبی مشاهده شده است. با افزایش طول نانوتیر صلبیت سازه کاهش یافته و حداکثر خیز افزایش می یابد. با افزایش نسبت منظری(طول به قطر) اثر تغییر شکل محلی بیشتر می شود. همچنین با افزایش پارامتر غیر محلی، تغییر شکل دینامیکی حداکثر وسط نانوتیر، افزایش یافته است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Explicit finite element modeling of impact loading on nanobeam to compare with Euler–Bernoulli and Timoshenko theory

نویسندگان English

Gholam Hossein Liaghat 1
Sajjad Seifoori 2
Akbar Ali Beigloo 3
Mohammad Hossein Pol 4
چکیده English

In this article, an improved 3D finite element (FE) model of low velocity transverse impact on armchair and zigzag single-walled carbon nanotubes (SWNTs) has been developed. Numerical examples for estimating the Young’s modulus of nanotubes are presented based on explicit and implicit analysis to illustrate the accuracy of this simulation technique. Based on explicit finite element model, the maximum dynamic deflections of single-walled carbon nanotubes with different boundary conditions, geometries as well as chiralities are obtained and then compared with theory investigation. Impact of a mass on simply supported and clamped nanobeams are investigated by using nonlocal Euler–Bernoulli and Timoshenko beam theory. The simulation results demonstrated good agreement with analytical results based on Euler–Bernoulli and Timoshenko nonlocal theory. When the aspect ratio is increased, the maximum dynamic deflection at the center of the beam is increased for both of the simply supported and the clamped-clamped nanobeams. The inclusion of the nonlocal effect increases the magnitudes of dynamic deflections. The dynamic deflections predicted by the classical theory are always smaller than those predicted by the nonlocal theory due to the nonlocal effects.

کلیدواژه‌ها English

Explicit finite element method
low velocity impact
Numerical simulation