پایان نامه ارشد : آنالیز ارتعاشات غیر خطی نانولوله های کربنی واقع در محیط الاستیک

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مکانیک 

عنوان :  آنالیز ارتعاشات غیر خطی نانولوله های کربنی واقع   در محیط الاستیک

دانشگاه کاشان

دانشکده مهندسی

گروه مکانیک

پایان نامه

جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد

در رشته مکانیک

آنالیز ارتعاشات غیر خطی نانولوله های کربنی واقع

 در محیط الاستیک

 استاد راهنما:

دکتر علی قربان پور آرانی

دکتر کیوان ترابی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(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 استفاده 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 استفاده 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 استفاده 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 استفاده 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-مقدمه‌اي بر نانو فناوري

فناوري نانو از نظر لغوي به معناي هرگونه فناوري‌اي است كه در مقياس نانو قابل اجرا بوده و براي رفع نيازهاي جهان واقعي به كار رود. اين فناوري در برگيرنده توليد و كاربرد سيستمهاي فيزيكي، شيميايي و بيولوژيكي- در محدوده وسيعي از اندازه‌ اتمهاي جداگانه يا مولكولها گرفته تا ابعاد زير مولكولي- و همچنين تركيب سازه‌هاي ساده و توليد سازه‌هاي پيچيده‌تر مي‌باشد.

نخستين بار در 29 دسامبر سال 1959 ريچارد فينمن1 برنده جايزه نوبل در نطق مشهورش تحت عنوان “آن پائين فضاي بسياري وجود دارد” در موسسه فناوري كاليفرنيا2 در نشستسالانه انجمن فيزيك آمريكا در مورد اين انقلاب و فناوري نوين سخنراني كرد. وي سالها پيش از اينكه ميكروچيپها اختراع شوند به تشريح فناوريي پرداخت كه در آن مي‌توان اجزايي با ابعاد مينياتوري بسيار كوچك ايجاد كرد. او با اين ايده كه مي‌توان در ابعاد بسيار كوچك هم سازه‌هايي را به صورت اتم به اتم و يا مولكول به مولكول ساخت. تحقيقات و اكتشافاتي كه در زمينه توليد نانو ذرات از دهه هشتاد ميلادي به بعد انجام شده، ادعاهاي وي را تاييد مي‌كند[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 کاربرد قوانین فیزیک مولکولی- که هر یک توصیف ریاضی مدل فیزیکی برای توجیه رفتار ذرات در مقیاس بسیار ریز است- تا زمانی که آزمایشهای عملی و دقیق انجام نشوند نمی‌توان اظهار نظر کرد.

‏مساله دیگری که وجود دارد این است که ما در علوم مهندسی کنونی در بسیاری از موارد به تفکیک پدیده‌ها ‏پرداخته و جداگانه پیرامون هر یک به بحث می پردازیم و برای ساده‌سازی روابط در بسیاری از موارد از اثر متغیرها و پدیده‌هایی که به گمان ما تأثير چندانی بر روی پدیده مورد نظر ندارند چشم می پوشیم، در حالیکه این جداسازی در مقیاس نانو چندان امکان پذیر و درست نیست چرا که نتایج را به کلی تغییر می‌دهد به عبارت دقیقتر در این مقیاس بسیار ریز، غالباً خصوصیات مختلف روی هم تاثیر می‌گذارند و همین مساله ضرورت ایجاد دانشهای جدید، روابط دقیقتر و مدلسازی هوشمندانه‌تر از فرآیندهای مورد نظر را ایجاب می کند.

با توجه به مطالبی که تاکنون بیان شد، در اینجا لزوم ارتباط میان مقیاسهای نانو تا میکرو و همچنین میکرو تا ماکرو مطرح می شود. همچنین لزوم ساخت دستگاههای منحصر بفردی برای اندازه‌گیری نیروهایی در اندازه پیکونیوتن و دیدن و محاسبه روی موادی به ابعاد نانومتر به خوبی احساس می‌شود. در ادامه به شرح مختصری از روشهای تولید و کاربردهای نانو پرداخته خواهد شد.

1-3- ‏دسته بندی و روشهای معمول تولید نانو مواد

‏از زمان کشف نانو لوله‌های کربنی در سال 1991 ‏پیشرفت زیادی در جهت تولید و کاربرد این مواد حاصل شده که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • ‏ مواد
  • ‏جدا سازی شیمیایی و بیولوژیکی، خالص سازی مواد و ‏کاتالسیت‌ها
  • ذخیره سازهای انرژی نظیر ذخیره سازهای هیدروژن، پیلهای ‏سوختی و باتریهای لیتیومی
  • مواد کامپوزیتی جهت پوشش دادن، پرکردن و نیز به عنوان ‏مواد تشکیل دهنده سازه ها
  • وسایل
  • پرابها، سنسورها و عملگرها برای تصویر برداری، حس کردن و ‏دستکاری ذرات در مقیاس مولکولی
  • ترانزیستورها، حافظه‌های رایانه‌ها و دیگر وسایل نانو الکترونیک
  • وسایل نانو الکترونیکی که در خلأ کار می‌کنند نظیر ‏صفحه‌های نمایش تخت.

‏از مزایای این نانو ساختارها می‌توان به اندازه‌ی کوچک، مصرف کم انرژی، وزن کم و عملکرد فوق العاده خوب اشاره کرد.

تعداد صفحه :87

قیمت : 14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :               serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  --