مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تاثیر دمای محیط بر رفتار مکانیکی و شکست نانولوله های کربنی

نویسندگان
1 دانشگاه فردوسی مشهد
2 استاد دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
هدف از این مقاله بررسی رفتار شکست نانولوله ی کربنی به وسیله ی مدل اصلاح شده مکانیک مولکولی ساختاری و شبیه سازی آن به کمک روش المان محدود می باشد. مدل اصلاح شده مکانیک مولکولی ساختاری، یک المان تیر سه بعدی با مقطع عمومی است که در آن سفتی های خمشی داخل و خارج از صفحه به صورت مستقل تعریف می شود. در تحلیل های انجام شده، نانولوله ی کربنی به صورت دوسرگیردار در نظر گرفته شده و با نرخ کرنش ثابت تحت تنش کششی قرار داده می شود تا شکست در نانولوله ایجاد گردد. رفتار پیوندهای کربن-کربن به صورت غیر خطی در نظر گرفته شده که در کرنش 19% دچار گسیختگی می شود. همچنین بسته به تغییر رفتار مکانیکی پیوندها در دماهای مختلف پیش بینی می شود رفتار شکست در نانولوله ها وابسته به دمای محیط باشد. بنا به تحقیقات انجام شده، با افزایش دما، مدول یانگ نانولوله کاهش و ضریب پواسون افزایش می یابد. همچنین با افزایش دما، تنش و کرنش نهایی شکست کاهش پیدا می کند. در نهایت نتایج نشان می دهد که می توان رابطه ای غیرخطی (چندجمله ای) بین دما و مدول یانگ تعریف کرد که ثوابت آن وابسته به کایرالیتی نانولوله ها تغییر می کند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Study the effect of environment temperature on mechanical and fracture behavior of carbon nanotubes

نویسندگان English

Mina Kamali Moghaddam 1
Masoud Tahani 2
2 Ferdowsi University of Mashhad
چکیده English

The purpose of this paper is to deal with fracture behavior of carbon nanotubes with presenting a revised structural molecular mechanics model in the finite element method. Structural molecular mechanics modified model, uses a three-dimensional beam element with general section to make nanotube structural model in which bending stiffness and inversion are defined independently. In analysis which are done, a bridged carbon nanotube with constant strain rate is examined under tensile stress until the failure of nanotube. Carbon-carbon bonds behavior has been assumed nonlinearly and will be ruptured when the strain reaches 19%. It is predicted that fracture behavior in carbon nanotubes depends on the environment temperature due to mechanical behavior of carbon nanotube's bonds. Based on the present research, we found that by increasing the temperature, Poisson's ratio increases and Young's modulus decreases. Further, it can be said while the temperature increases, both the fracture ultimate strain and stress decrease. Finally, a nonlinear relationship is presented in which the constants depend on chirality of the carbon nanotubes.

کلیدواژه‌ها English

Carbon nanotube
Continuum mechanic
Fracture behavior
Temperature effect