دانلود تحقیق با موضوع نقطه مرکز

براي اين ويژگي وجود دارد که با در نظر گرفتن فرض برخورد صيقلي و ناچيز بودن اصطکاک در اين شبيهسازي از خصوصيت Normal Behavior استفاده شده است. علت اين انتخاب اين است که همه سطوح موجود در شبيهسازي صلب هستند و قادر به نفوذ در يکديگر نميباشند. اين ويژگي بصورت General براي تمامي سطوحي که در طي فرايند برخورد با يکديگر تماس دارند تعريف شده است.
در بخش load شرايط مرزي و شرايط بارگذاري تعيين ميشوند. در اين مدل شرايط مرزي را با توجه به پارامتر مورد تحليل در نقطه مرکزي دو صفحه صلب اعمال ميکنيم ( يک سر گيردار و دو سر گيردار بودن نانولوله کربني). براي تعريف حرکت گلوله يک سرعت اوليه و ثابت براي آن در نظر گرفته ميشود. در تمامي حالات بررسي‌شده گلوله با سرعت ثابت به نانولوله برخورد ميکند.
بعد از انجام تمام مراحل بالا به بخش Mesh ميرسيم. در اين حوزه المانبندي اجزاي تعريف شده صورت ميپذيرد. هرچند که نوع و تعداد المانها با توجه به صلب بودن تمامي اجزا تأثيري بر روي نتيجه نهايي نخواهد داشت؛ اما براي مشاهده تصوير تغيير شکل يافته نانولوله کربني نيازمند المانبندي هستيم. براي اتم کربن از المانبندي Sweep استفاده شده به گونهاي که المان R3D4 در المان بندي قرار گرفته است. براي گلوله نيز از المان C3D8R استفاده شده است.
شکل (‏4-3): المان بندي اتم کربن
پس از مشبندي وارد بخش Job ميشويم؛ در اين بخش عمليات و محاسبات تحليل صورت ميگيرد. زمان تحليل به اندازه نانولوله کربني(تعداد کرههاي توخالي) و تعداد المانها بستگي دارد. پس از تحليل ميتوان نتيجه نهايي و نمودارهاي لازم را در بخش Visualization به دست آورد.
در اين پاياننامه تأثير پارامترهاي مختلفي نظير ارتفاع نسبي محل برخورد گلوله، زاويه گلوله، هندسه نانولوله کربني شامل طول و قطر آن و شرايط مرزي نانولوله در مدت زمان 0.01 نانوثانيه بر روي رفتار مکانيکي نانولوله کربني تحت ضربه و ميزان جذب انرژي ناشي از آن مطالعه و نتايج حاصل از آن با نتايج ساير مقالات مقايسه شده است. لازم به ذکر است که در اين فرايند از اتلاف انرژي گرمايي صرف‌نظر شده است. در ادامه ابتدا به بررسي صحت مدل وشبيهسازي پرداخته شده سپس هر يک از پارامترهاي ذکر شده به طور جداگانه مطالعه ميشود. يک سري شرايط اوليه طبق جدول(4-1) براي نانولوله و گلوله در نظر گرفته شده است که در بررسي تأثير هر يک از پارامترهاي فوق با توجه به نوع پارامتر اين شرايط نيز تغيير ميکنند.
جدول (‏4-1): شرايط اوليه نانولوله کربني و گلوله
زيگزاگ تکجداره – سالم
نوع نانولوله
هندسه نانولوله کربني
94/0 نانومتر
قطر نانولوله
313/7 نانومتر
طول نانولوله
دو سر ثابت
شرايط مرزي نانولوله
شرط مرزي نانولوله کربني
2500 متر بر ثانيه
سرعت اوليه گلوله
وضعيت گلوله
5/1 نانومتر
فاصله گلوله از محور مرکزي نانولوله
0 درجه
زاويه گلوله نسبت به افق
سرعت گلوله به گونهاي انتخاب شده است که نانولوله وارد ناحيه تغيير شکل پلاستيک نگردد و دچار شکست نيز نشود. وقتي گلوله به نانولوله کربني اصابت ميکند، سرعتش صفر شده و پس از آن فرايند برگشت گلوله شروع ميشود. مقدار انرژي جذب شده بوسيله نانولوله کربني از طريق تفاضل انرژي جنبشي گلوله قبل از برخورد و بعد از آن در لحظه جدايش گلوله از نانولوله محاسبه ميشود. سرعت گلوله قبل از برخورد خطي است. پس از برخورد و صفر شدن سرعت گلوله، در مرحله برگشت در لحظه جدايش نيز داراي سرعتي خطي ميباشد. انرژي جنبشي گلوله قبل و بعد از برخورد و ميزان جذب انرژي به شيوه زير محاسبه ميشود:
(‏4-1)
Eabs= Ei – Ef = 1/2 m?v_1?^2-1/2 m?v_2?^2
که در آن Ei انرژي جنبشي گلوله قبل از برخورد، Ef انرژي جنبشي گلوله بعد از برخورد( در لحظه جدايي گلوله از نانولوله)، v_1 سرعت اوليه گلوله، v_2 سرعت گلوله در لحظه جدايش و m جرم گلوله ميباشد. طبق فرمول (4-1) داريم:
E_i=1/2 (3.8×?10?^(-23) )(?2500?^2 )=118.75×?10?^(-18) j
يا بر حسب واحد الکترون – ولت(ev) :
1ev=1.6×?10?^(-19) j
E_i=742.1875 ev
براي محاسبه Ef، بايد سرعت گلوله را در لحظه جدايش از نانولوله (t_1 ) بدست آورده و روند محاسبه Ei تکرار شود. با اين روش ميزان جذب انرژي نانولوله کربني در حالتهاي مختلف بدست ميآيد.
بررسي صحت مدل و شبيهسازي
براي بررسي صحت مدل و شبيهسازي، به مطالعه تأثير پارامتر موقعيت مکاني گلوله در رفتار ضربهاي دو نمونه نانولوله با شرايط مرزي مختلف پرداخته ميشود. يکي از پارامترهاي مهم در بحث ضربه و ميزان جذب انرژي، محل اصابت گلوله ميباشد. ارتفاع نسبي محل برخورد گلوله اين‌گونه تعريف ميشود:
(‏4-2)
z=h/L
که در آن h فاصله مرکز گلوله تا تکيهگاه ثابت و L طول نانولوله کربني ميباشد.
شکل (‏4-4): پارامترهاي مختلف موقعيت گلوله قبل از برخورد
شکل (‏4-5): موقعيتهاي مختلف گلوله در ارتفاعهاي نسبي متفاوت قبل از برخورد
همان طور که از شکل (4-5) مشخص است اين پارامتر در 5 موقعيت مختلف گلوله براي دو نمونه نانولوله کربني با شرايط مختلف مرزي بررسي شده است. در ابتدا به بررسي انرژي جذب شده در نانولوله کربني دو سر ثابت پرداخته ميشود. که نتايج حاصل از آن در جدول (4-2) آورده شده است. همان طور که از جدول(4-2) مشخص است؛ مقدار انرژي جذب شده هنگامي که گلوله به وسط نانولوله کربني دو سر ثابت برخورد ميکند، بيشينه ميشود و هرچه به سمت دو تکيهگاه نزديک ميشويم، به دليل افزايش سفتي نانولوله، مقدار جذب انرژي کاهش مييابد.در شکل(4-6) نمودار انرژي بر حسب زمان در ارتفاع نسبي 0.5=z رسم شده است.
جدول (‏4-2): انرژي جذب شده توسط نانولوله کربني زيگزاگ دو سرگيردار در موقعيتهاي مختلف گلوله
( شده جذب انرژي )/(گلوله جنبشي انرژي)
انرژي جذب شده توسط نانولوله کربني (ev)
سرعت گلوله در لحظه t_1
(m/s)
(t_1)
لحظه جدايش گلوله از نانولوله کربني
(ns)
ارتفاع نسبي(z)
3695/0
243/274
09/1985-
001346/0
3/0
5142/0
692/381
34/1742-
001361/0
4/0
6519/0
832/483
94/1475-
001366/0
5/0
5142/0
692/381
34/1742-
001361/0
6/0
3695/0
243/274
09/1985-
001346/0
7/0
در شکل (4-6) مشخص است که انرژي نانولوله کربني قبل از برخورد صفر بوده و از لحظه برخورد شروع به جذب انرژي گلوله ميکند. در لحظهاي که سرعت گلوله صفر ميشود، نانولوله کربني تمام انرژي گلوله را جذب کرده و از اين لحظه به بعد فرايند برگشت گلوله شروع ميشود.
شکل (‏4-6): نمودار انرژي بر حسب زمان در حالت برخورد گلوله به نانولوله کربني در ارتفاع نسبي 5/0=z
در شکل(4-7) تغييرات انرژي جذب‌شده با ارتفاع نسبي آورده شده است. همچنين نمودار انرژي بر حسب موقعيت گلوله در کار ژانگ نيز آورده شده که اين تحقيق روي نانولولههاي زيگزاگ به قطر 41/1، 72/1 و 1/2 نانومتر انجام شده است.
همان طور که در شکل(4-7) مشاهده ميشود؛ حداکثر جذب انرژي در ارتفاع نسبي 5/0رخ داده که در کار ژانگ نيز در همين موقعيت از گلوله جذب انرژي بيشينه شده است. لازم به ذکر است که در کار ژانگ و ميلواگنام با توجه به استفاده از روش ديناميک مولکولي، نانولوله کربني داراي انرژي اوليه( قبل از برخورد) ميباشد که براي نرماله کردن انرژي جذب شده از اين مقدار استفاده شده است. اما در تحقيق حاضر نانولوله داراي انرژي اوليه نيست از اين رو براي نرماله کردن انرژي جذب شده از انرژي جنبشي گلوله قبل از برخورد استفاده شده است. همانطور که گفته شد، گلوله با سرعت ثابت 2500 متر بر ثانيه حرکت کرده و به نانولوله کربني برخورد ميکند. مطابق شکل(4-8) از لحظه برخورد، سرعت گلوله کاهش يافته و به صفر ميرسد. سپس فرايند برگشت گلوله پس از برخورد شروع ميشود؛ يعني سرعت گلوله پس از صفر شدن زياد گشته و در جهت مخالف پرتاب ميشود. در شکل (4-9) حداکثر تغيير شکل نانولوله کربني در موقعيتهاي مختلف اصابت گلوله نشان داده شده است. در شکل (4-9) مقطعي از گلوله مشاهده ميشود و به دليل تقارن در موقعيت گلوله، فقط سه نمونه متفاوت نشان داده شده است. مطابق شکل (4-9) وقتي که سرعت گلوله صفر ميگردد، بيش‌ترين ميزان تغيير شکل نانولوله کربني رخ ميدهد.
(الف)
(ب)
شکل (‏4-7): منحني انرژي جذب شده نرماله شده بر حسب ارتفاع نسبي (الف) تحقيق حاضر (ب) ژانگ و ميلواگنام]12[
در شکل(4-8) نمودار سرعت- زمان گلوله براي سه موقعيت متفاوت از آن در فرايند برخورد به نانولوله کربني دو سر ثابت نشان داده شده است.
شکل (‏4-8): نمودار سرعت- زمان گلوله در موقعيتهاي مختلف
از جدول (4-2) و شکل(4-8) مشاهده ميگردد که زمان صفر شده سرعت گلوله يا به عبارت ديگر زمان شروع فرايند برگشت گلوله در موقعيتهاي مختلف متفاوت است. زمان صفر شدن سرعت گلوله وقتي که به وسط نانولوله کربني اصابت ميکند، به دليل جذب انرژي بيشتر و تغيير شکل بزرگتر در آن قسمت(شکل(4-9))، بيشتر از بقيه حالات است. وقتي گلوله به وسط نانولوله کربني برخورد ميکند، به دليل تغيير شکل بزرگتر در آن قسمت انرژي بيشتري در نانولوله ذخيره شده و در فرايند برگشت انرژي بيشتري به گلوله داده ميشود؛ بنابراين در اين موقعيت بايد سرعت نهايي گلوله نسبت به بقيه حالات بيشتر باشد(شکل(4-8)).
(ج)
(ب)
(الف)
شکل (‏4-9): حداکثر تغيير شکل متناظر با کانتور جابجايي نانولوله کربني دو سر گيردار در لحظه صفر شدن سرعت گلوله براي ارتفاعهاي نسبي متفاوت گلوله (الف)0.3=z (ب) 0.4=z (ج) 0.5=z
در ادامه با تغيير شرط مرزي نانولوله از دو سر ثابت به يک سر ثابت پارامتر موقعيت گلوله مجدداً بررسي ميگردد. تمام شرايط مانند حالت دو سر ثابت ميباشد. فقط نانولوله يک سر ثابت شده است و گلوله نيز در همان موقعيتهاي قبلي به نانولوله اصابت ميکند. در جدول (4-3) جذب انرژي آورده شده است.
از جدول (4-3) مشاهده ميگردد که انرژي جذب شده وقتي که گلوله در ارتفاع نسبي 6/0 به نانولوله کربني اصابت ميکند؛ بيشينه است؛ درحالي‌که در حالت دو سر ثابت در موقعيت 5/0 به مقدار بيشينه خود ميرسد. همچنين سرعت برگشت گلوله وقتي در 6/0=z به نانولوله اصابت ميکند از مقدار اوليه قبل از برخورد بيشتر شده است. در شکل (4-10) نمودار انرژي جذب شده نرماله شده برحسب ارتفاع نسبي محل برخورد گلوله براي تحقيق حاضر و کار انجام شده توسط ژانگ آورده شده است. البته نمودار کار ژانگ براي نانولوله به قطر 75/0 نانومتر ميباشد. که در تحقيق حاضر از نانولوله به قطر 95/0نانومتر استفاده شده است. با توجه به جدول (4-3) و شکل (4-11) مشاهده ميشود که ميزان شکمدهي نانولوله در ارتفاع نسبي 6/0 براي گلوله، حداکثر شده است؛ زيرا در برخورد گلوله به نانولوله در اين موقعيت، بيشترين تغيير شکل در نانولوله رخ داده و از اين رو بيشترين جذب انرژي توسط نانولوله اتفاق ميافتد.
وقتي گلوله در ارتفاع نسبي کم به نانولوله يک سر ثابت برخورد ميکند؛ اولين تغيير شکل در نانولولهکربني به واسطه کمانش در نزديکي تکيهگاه ايجاد ميشود. تا زماني که گلوله از نانولوله جدا گردد فرايند مسطح شدن ادامه پيدا ميکند و انرژي در طول نانولوله جريان يافته و باعث حرکت سر آزاد نانولوله ميشود اما هنگامي که گلوله در ارتفاع نسبي زياد به نانولوله برخورد ميکند، در ابتداي برخورد، کمانش در نزديکي پايه رخ نميدهد؛ زيرا

این نوشته در No category ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *