مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تاثیر جابجایی‌های جانبی بر روی ارتعاشات آزاد محوری نانومیله‌ها با استفاده از تئوری غیرمحلی ریلی

نویسندگان
1 استادیار مهندسی مکانیک/ دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه دامغان
2 کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک/دانشگاه علم و صنعت ایران
چکیده
در این مقاله، ارتعاشات آزاد محوری نانو میله‌ها با تمرکز بر بررسی تاثیر جابجایی‌های جانبی بررسی می‌شود. بدین منظور، از تئوری ریلی که جابجایی‌های جانبی نانو میله را در نظر می‌گیرد به همراه تئوری الاستیسیته غیرمحلی که اثر مقیاس کوچک را در نظر می‌گیرد استفاده شده است. سپس با استفاده از اصل همیلتون، معادله حرکت و شرایط مرزی غیرمحلی استخراج شده‌اند. بدلیل افزایش مرتبه معادله حرکت از مرتبه دو (معادله حرکت محلی) به مرتبه چهار (معادله حرکت غیرمحلی)، و از طرفی ثابت ماندن تعداد شرایط مرزی (یک شرط مرزی در هر طرف نانو میله)، با استفاده از روش ریلی-ریتز معادله حرکت حل شده است. در روش ریلی- ریتز بایستی تابع شکل مناسبی برای مسئله مورد نظر در نظر گرفته شود، بطوریکه تایع فوق حداقل شرایط مرزی هندسی مسئله را ارضا نماید که در این پژوهش چندجمله‌های در نظرگرفته شده برای تابع شکل مسئله با استفاده از روش متعامدسازی گرام-اشمیت، متعامدسازی و نرمالایز شده‌اند. سپس پنچ فرکانس اول محوری نانو میله به ازای شرایط مرزی گیردار-گیردار و گیردار-آزاد استخراج شده است. در گام بعد، تاثیر عوامل مختلف مانند طول نانو میله، قطر نانو میله و پارامتر غیرمحلی بر روی فرکانس‌های طبیعی محوری نانو میله بررسی شده است. نتایج این پژوهش می‌تواند در طراحی دقیق‌تر سیستم‌های نانوالکترومکانیکی‌ای که در آنها از نانوتیوب‌ها استفاده می‌شود موثر باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Investigation of the inertia of the lateral motions effect on free axial vibration of nanorods using nonlocal Rayleigh theory

نویسندگان English

Reza Nazemnezhad 1
Kamran Kamali 2
چکیده English

In this paper, free axial vibration of nanorods is investigated by focusing on the inertia of the lateral motions effects. To this end, Rayleigh and nonlocal theories considering the inertia of the lateral motions and the small scale effects, respectively, are used. Then, by implementing the Hamilton’s principle nonlocal governing equation of motion and boundary conditions are derived. Since using nonlocal elasticity causes that the 2-order local governing equation is changed to the 4-order nonlocal governing equation while number of boundary condition remains constant (one boundary condition at each end of nanorod), the governing equation is solved using Rayleigh-Ritz method. In Rayleigh-Ritz method a suitable shape function for the problem should be selected. The shape function must at least satisfy the geometrical boundary conditions. In the present study, orthogonal polynomials are selected as shape functions then they are normalized by using the Gram-Schmidt process for more rapid convergence. Then, the first five axial natural frequencies of nanorod with clamped-clamped and clamped-free end conditions are obtained. In the next step, effects of various parameters like length of nanorod, diameter of nanorod and nonlocal parameter value on natural frequencies are investigated. Results of the present study can be useful in more accurate design of nano-electro-mechanical systems in which nanotubes are used.

کلیدواژه‌ها English

Inertia of the lateral motions
Axial vibration
Nonlocal Rayleigh theory