دانلود تحقیق با موضوع نانولوله، کربني، انرژي

امضاي دانشجو
چکيده
نانولوله کربني را ميتوان شگفتانگيزترين ماده نانوساختار کشف‌شده تاکنون دانست. ويژگيهاي منحصربه‌فردي نظير استحکام بالا، وزن سبک و قابليت جذب انرژي بالا باعث شده اين ماده به تازگي مورد توجه دانشمندان در ساخت جليقههاي ضدگلوله قرار گيرد. در اين پاياننامه از مدلي ساختاري در محيط نرم‌افزار آباکوس براي تحليل رفتار مکانيکي نانولوله کربني تحت ضربه بالستيک استفاده شده است. در اين مدل ساختاري از رابطهاي غيرخطي براي مدل کردن برهمکنشهاي پيوندي کشش و پيچش و همچنين از المان فنر غيرخطي محوري براي مدل کردن برهمکنش پيوندي تغيير زاويه استفاده شده است. از مزيتهاي اين روش، اجرا شدن آن در فضاي CAE نرمافزار آباکوس ميباشد. اين امر باعث ميشود که براي تحليل رفتار مکانيکي نانولولههاي کربني تحت شرايط مختلف مرزي و بارگذاري نياز به برنامهنويسي نداشته باشيم و هر قابليتي که نرم‌افزار در تحليل مسائل مکانيکي داشته باشد را بتوان بر روي نانولوله اعمال کرد. در اين پاياننامه فرايند ضربه توسط جسم صلبي با جرم مشخص به عنوان گلوله، شبيهسازي شده است. تأثير پارامترهاي گوناگوني مانند هندسه، نوع و شرايط مرزي نانولوله کربني، محل اصابت گلوله به نانولوله کربني و زاويه برخورد آن در رفتار مکانيکي نانولوله کربني مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين تأثير عيوب مختلف در نانولوله کربني در ميزان جذب انرژي آن تحت ضربه بررسي شده است. در انتها با توجه به اينکه در بررسي پارامترهاي مذکور، گلوله از لحاظ هندسي با توجه به مطالعات گذشته طراحي شده، با تغيير هندسه گلوله رفتار نانولوله تحت ضربه بررسي شده است. نتايج به دست آمده نشان ميدهد که در نانولوله کربني دو سر ثابت انرژي جذب شده زماني که گلوله به وسط نانولوله کربني اصابت ميکند بيشينه ميشود؛ در حالي که در حالت يک سرگيردار در ارتفاع نسبي 0.6=z اين مقدار بيشينه ميگردد. با افزايش زاويه گلوله نسبت به افق جذب انرژي نانولوله کربني کاهش مييابد. در نانولوله کربني معيوب، ميزان جذب انرژي کاهش يافته که اين کاهش در عيب استون- والز بيشتر از عيوب تهيجاي ميباشد.
کلمات کليدي: نانولوله کربني، مدل مکانيک ساختاري، آباکوس، ضربه، انرژي
ليست مقالات مستخرج از پاياننامه
شريعتي محمود، فرهاديان محمد و ايپکچي حميدرضا، “شبيهسازي عددي قابليت جذب انرژي نانولوله کربني تحت ضربه بالستيک” مجله مهندسي مکانيک مدرس، (ارسال جهت داوري).
فهرست مطالب
فصل1: مقدمه 1
فصل2: مروري بر مطالعات پيشين 7
2-1 مقدمه 8
2-2 مطالعات پيشين 9
2-2-1 پروانه و همکاران(2009) 9
2-2-2 پروانه و شريعتي(2010) 10
2-2-3 خليلي و حقبين(2012) 11
2-2-4 ژانگ و ميلواگنام(2006) 12
2-2-5 ژانگ و ميلواگنام(2007) 13
فصل3: نانولوله کربني 15
3-1 مقدمه 16
3-2 کشف نانولوله کربني 16
3-3 ساختار نانولوله کربني 17
3-4 برهمکنشها و پتانسيلهاي موجود در نانولوله کربني 20
3-4-1 برهمکنش کشش پيوند 21
3-4-2 برهمکنش خمش زاويهاي پيوند(تغيير زاويه) 22
3-4-3 برهمکنش پيچش دوسطحي 23
3-4-4 برهمکنش پيچش خارج صفحهاي 23
3-4-5 برهمکنش واندروالس 24
3-4-6 برهمکنش الکترواستاتيک 25
3-5 ويژگيهاي نانولوله کربني 26
3-6 مدل‌سازي نانولوله کربني 27
3-6-1 مقدمه 27
3-6-2 مدل‌سازي مولکولي 28
3-6-2-1 روش ديناميک مولکولي 29
3-6-2-2 روشهاي پايه 30
3-6-3 مدل‌سازي پيوسته 31
3-6-4 مدل‌سازي مکانيک ساختاري 31
3-6-4-1 مدل اودگارد 32
3-6-4-2 مدل لي و چو 33
3-6-4-3 مدل هو 34
3-6-4-4 مدل معو و روسي 35
3-6-4-5 مدل ساختاري جديد 36
فصل4: رفتار مکانيکي نانولوله کربني تحت ضربه 43
4-1 مقدمه 44
4-2 شبيهسازي ضربه روي نانولوله کربني 45
4-2-1 بررسي صحت مدل وشبيهسازي 50
4-2-2 زاويه گلوله 60
4-2-3 قطر نانولوله کربني 66
4-2-4 طول نانولوله کربني 69
4-2-5 نوع نانولوله کربني 72
4-2-6 تأثير عيوب بر روي رفتار مکانيکي نانولوله کربني تحت ضربه 76
4-2-7 هندسه گلوله 84
4-2-8 بررسي تأثير خطاي مدلسازي در تحقيق حاضر 89
فصل5: نتيجهگيري و پيشنهادات 91
5-1 نتيجهگيري 92
5-2 پيشنهادات 93
مراجع…………………………………………………………………………………………………………………………………………………94
فهرست اشکال
شکل (‏2-1): مدول يانگ نانولوله کربني تکجداره به عنوان تابعي از نسبت ظاهري نانولوله 10
شکل (‏2-2): نانوکامپوزيت شبيهسازي شده در آباکوس، شامل نانولوله و ماتريس 11
شکل (‏2-3): مدل اوليه نانولوله کربني (الف): دو سر گيردار و (ب): يک سر گيردار 12
شکل (‏2-4): ارتباط ميان جذب انرژي و ارتفاع نسبي محل برخورد گلوله در نانولوله کربني يک سر گيردار به قطر 75/0 نانومتر 13
شکل (‏2-5): انرژي جذب‌ شده نرماله شده توسط نانولوله کربني با سه قطر مختلف بر حسب ارتفاع نسبي محل برخورد گلوله 14
شکل (‏2-6): نمودار ويژگيهاي مختلف گلوله بر حسب زمان 1: سرعت گلوله 2: جابجايي گلوله و نانولوله 3: جابجايي گلوله براي نانولوله کربني به قطر 41/1 نانومتر 14
شکل (‏3-1): نمايي از ساختار اتمي C60 17
شکل (‏3-2): مکانيزم ساخت نانولوله کربني 18
شکل (‏3-3): سه نوع ساختار مختلف نانولوله کربني 19
شکل (‏3-4): برهمکنش کشش پيوند در اتمهاي کربن 21
شکل (‏3-5): برهمکنش خمش زاويهاي در اتمهاي کربن 22
شکل (‏3-6): برهمکنش پيچش دو سطحي در اتمهاي کربن 23
شکل (‏3-7): برهمکنش پيچش خارج صفحهاي در اتمهاي کربن 24
شکل (‏3-8): برهمکنش واندروالس در اتمهاي کربن 24
شکل (‏3-9): پيوند کربن-کربن: (الف) مدل فيزيکي، (ب) مدل FE کشش پيوند،(ج) مدل FE خمش پيوند 35
شکل (‏3-10): پارامترهاي مربوط به يک سلول واحد شش ضلعي 38
شکل (‏3-11): نحوه قرارگرفتن دستگاه مختصات محلي بر روي مرکز اتم‌هاي کربن 40
شکل (‏3-12): المانهاي فنر و رابط متناظر با برهمکنش اتمهاي کربن 41
شکل (‏3-13): تصوير يک نانولوله کربني زيگزاگ در فضاي CAE نرم‌افزار آباکوس 41
شکل (‏4-1): قطعه صلب طراحي شده به عنوان گلوله 46
شکل (‏4-2): مونتاژ گلوله در کنار نانولوله کربني با طول 18/5 نانومتر در دو نما 46
شکل (‏4-3): المان بندي اتم کربن 48
شکل (‏4-4): پارامترهاي مختلف موقعيت گلوله قبل از برخورد 51
شکل (‏4-5): موقعيتهاي مختلف گلوله در ارتفاعهاي نسبي متفاوت قبل از برخورد 51
شکل (‏4-6): نمودار انرژي بر حسب زمان در حالت برخورد گلوله به نانولوله کربني در ارتفاع نسبي 5/0=z 53
شکل (‏4-7): منحني انرژي جذب شده نرماله شده بر حسب ارتفاع نسبي (الف) تحقيق حاضر (ب) ژانگ و ميلواگنام 54
شکل (‏4-8): نمودار سرعت- زمان گلوله در موقعيتهاي مختلف 55
شکل (‏4-9): حداکثر تغيير شکل متناظر با کانتور جابجايي نانولوله کربني دو سرگيردار در لحظه صفر شدن سرعت گلوله براي ارتفاعهاي نسبي متفاوت گلوله (الف)0.3=z (ب) 0.4=z (ج) 0.5=z 56
شکل (‏4-10): منحني انرژي جذب شده نرماله شده بر حسب ارتفاع نسبي (الف) تحقيق حاضر (ب) ژانگ و ميلواگنام 58
شکل (‏4-11): حداکثر تغيير شکل متناظر با کانتور جابجايي نانولوله کربني يک سرگيردار در لحظه صفر شدن سرعت گلوله براي ارتفاعهاي نسبي متفاوت گلوله (الف)0.3=z، (ب) 0.4=z، (ج) 0.5=z، (د) 0.6=z 59
شکل (‏4-12) : حداکثر جابجايي نانولوله کربني، (الف) يک سرگيردار، (ب) دو سرگيردار، در ارتفاع نسبي 5/0 براي گلوله 60
شکل (‏4-13): مسير برخوردگلوله زاويهدار و افقي به نانولوله کربني 61
شکل (‏4-14): منحني تغييرات انرژي جذب شده نرماله شده توسط نانولوله کربني بر حسب زاويه گلوله 62
شکل (‏4-15): حداکثر تغيير شکل متناظر با کانتور جابجايي نانولوله کربني دو سرگيردار در لحظه صفر شدن سرعت گلوله براي زواياي متفاوت گلوله (الف)0=?، (ب) 15=?، (ج) 30=?، (د) 45=?، (ه) 60=? 64
شکل (‏4-16): سير حرکتي گلوله با زاويه 15 درجه نسبت به افق براي نانولوله کربني دو سرگيردار، (الف) قبل از برخورد،(ب) لحظه0005/0 نانوثانيه، (ج) لحظه001048/0 نانوثانيه، (د) لحظه0015/0 نانوثانيه، (ه) لحظه002/0 نانوثانيه 65
شکل (‏4-17): حداکثر تغيير شکل متناظر با کانتور جابجايي نانولوله کربني دوسرگيردار در لحظه صفر شدن سرعت گلوله براي سه قطر مختلف (لف) D=0.95 nm ، (ب) D=1.257 nm ، (ج) D=1.725 nm 67
شکل (‏4-18): منحني انرژي جذب شده نرماله شده نانولوله کربني با قطرهاي مختلف 68
شکل (‏4-19): منحني مقدار انرژي جذب شده نرماله شده نانولوله کربني برحسب طولهاي مختلف 70
شکل (‏4-20): حداکثر تغيير شکل نانولوله کربني دو سرگيردار به طول(الف) nm5.18 (ب) nm6.248 (ج) nm7.313 (د) nm8.378 (ه) nm9.514 در لحظه صفر شدن سرعت گلوله 71
شکل (‏4-21): نمودار انرژي جذب شده نرماله شده براي نانولوله کربني آرمچير و زيگزاگ در ارتفاعهاي نسبي متفاوت گلوله 73
شکل (‏4-22): حداکثر تغيير شکل متناظر با کانتور جابجايي نانولوله کربني آرمچير دو سرگيردار در لحظه صفر شدن سرعت گلوله براي ارتفاعهاي نسبي متفاوت گلوله،(الف)0.3=z (ب) 0.4=z (ج) 0.5=z 74
شکل (‏4-23): حداکثر تغيير شکل متناظر با کانتور جابجايي نانولوله کربني (الف) آرمچير (ب) زيگزاگ در ارتفاع نسبي 0.5=z 75
شکل (‏4-24): حداکثر تغيير شکل نانولوله کربني آرمچير، (الف) دوسرگيردار، (ب) يک سرگيردار 76
شکل (‏4-25): نقص از نوع استون- والز در نانولوله کربني آرمچير 77
شکل (‏4-26): نقص از نوع تهيجاي در نانولوله کربني زيگزاگ 77
شکل (‏4-27): حداکثر تغيير شکل نانولوله کربني معيوب از نوع تک تهيجاي 78
شکل (‏4-28): حداکثر تغيير شکل نانولوله کربني دوسرگيردار معيوب (الف) تک تهيجاي(1)، (ب) تک تهيجاي(2)، (ج) دو تهيجاي(1)، (د) دو تهيجاي(2) 81
شکل (‏4-29): حداکثر تغيير شکل نانولوله کربني معيوب (الف) استون- والز (1) ، (ب) استون- والز(2) 82
شکل (‏4-30): حداکثر تغيير شکل نانولوله کربني يک سر گيردار معيوب از نوع استون- والز،(الف) اصابت گلوله روي عيب، (ب) اصابت گلوله سمت مخالف عيب 83
شکل (‏4-31): (الف) ابعاد هندسي گلوله، (ب) مونتاژ گلوله در کنار نانولوله کربني با طول 313/7 نانومتر 84
شکل (‏4-32): منحني انرژي جذب شده نرماله شده بر حسب ارتفاع نسبي براي دو گلوله مختلف 85
شکل (‏4-33): حداکثر تغيير شکل متناظر با کانتور جابجايي نانولوله کربني دو سر گيردار در لحظه صفر شدن سرعت گلوله براي ارتفاعهاي نسبي متفاوت گلوله استوانهاي، (الف) 3/0z=، (ب) 4/0z=، (ج) 5/0z= 86
شکل (‏4-34): گلوله مونتاژ شده در کنار نانولوله کربني زيگزاگ به طول 313/7 در حالت عدم در برگيري تمام عرض نانولوله کربني در دو نما 87
شکل (‏4-35): حداکثر تغيير شکل نانولوله کربني در لحظه صفر شدن سرعت گلوله 88
شکل (‏1-36): ابعاد سلول واحد شش ضلعي قبل از برخورد ……………………………………………………………………………91
فهرست جداول
جدول (‏3-1): پارامترهاي ساختارهاي مختلف نانولوله کربني 20
جدول (‏3-2): ثابتهاي معادلات برهمکنش در نانولولههاي کربني 39
جدول (‏4-1): شرايط اوليه نانولوله کربني و گلوله 49
جدول (‏4-2): انرژي جذب شده توسط نانولوله کربني زيگزاگ دو سرگيردار در موقعيتهاي مختلف گلوله 52
جدول (‏4-3): انرژي جذب شده توسط نانولوله کربني زيگزاگ يک سر گيردار در موقعيتهاي

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 *