توصيفگر ها :
نانولوله‌ي‌كربني هوشمند , پايداري ديناميكي , نظريه‌ي تنش زوجي اصلاح‌شده , محيط ويسكوپاسترناك , تنش سطحي
چكيده فارسي :
نانولوله‌ي‌كربني يك نانوساختار استوانه¬اي متشكل از كربن است و ساختمان آن از گرافيتي با لايه‌هاي مجزا به‌صورت واحد‌هاي شش‌ضلعي با شش اتم كربن در رأس، آرايش يافته است. از موارد مهم استفاده از نانولوله¬هاي‌كربني، ساخت نانو- ترانزيستورUTS در ميكروالكترونيك و دارورساني در بيونانوتكنولوژي مي‌باشد. بروز پديده‌ي كمانش در شرايط متنوع بارگذاري به ناپايداري نانولوله مي‌انجامد، از اين رو براي كنترل پايداري نانولوله‌ها يك لايه‌ي حس‌گر و يك لايه‌ي عملگر از جنس اكسيد روي يا ديگر مواد در سطوح داخلي و خارجي نانولوله افزوده مي‌شود. در اين پژوهش، پايداري ديناميكي يك نانولوله‌ي‌كربني هوشمند مورد بررسي قرار گرفته كه هسته‌ي آن از يك نانولوله‌ي تك‌جداره و لايه‌هاي پيزو‌الكتريك اكسيد روي در آن به‌عنوان حس‌گر و عملگر استفاده شده است. اين نانوسازه تحت تأثير ميدان الكتريكي و مغناطيسي قرار دارد. رفتار بستر نانولوله با ماده‌ي ويسكوپاسترناك مدل‌سازي شده و براي اثر دادن مقياس كوچك، نظريه¬ي تنش زوجي اصلاح‌شده به‌كار گرفته شده است. از سويي، رفتار نانولوله‌ي‌كربني و لايه‌هاي اكسيد روي بر پايه‌ي مدل ويسكوالاستيسيته كلوين- ويت توصيف گرديده و با توجه به اينكه تراكم اتمها در سطح نانولوله نسبت به حجم دروني آن قابل ملاحظه است، براي در نظر گرفتن اثر تنش سطحي از نظريه‌ي گورتين- مورداچ استفاده شده است. براي حل معادله‌ها، از ميدان جابجائي بر پايه‌ي نظريه‌ي زيگزاگ و معادله‌هاي حاكم بر حركت نانولوله براساس اصل هميلتون استفاده شده است. كار خارجي از عامل‌هاي ميدان مغناطيسي و محيط ويسكوپاسترناك ارتوتروپيك تشكيل شده است. سپس معادله‌هاي غيرخطي حاكم بر حركت نانولوله با به‌كارگيري روش عددي مربع‌سازي ديفرانسيلي حل شده و در نهايت پايداري ديناميكي و فركانس طبيعي نانولوله به‌دست آمده است. نتايج اين پژوهش نشان مي-دهد، با در نظر گرفتن ضريب مقياس كوچك، جابجايي عرضي كاهش يافته و فركانس نيز كاهش مي‌يابد. با در نظر گرفتن اثر تنش سطحي، پايداري افزايش يافته و با افزايش نسبت ضخامت لايه‌ي پيزو‌الكتريك به نانولوله، فركانس بيشتر خواهد شد. وجود ميراكننده‌ي ساختاري، باعث استهلاك مقداري از انرژي سيستم شده و ناپايداري زودتر دامنه‌ي نوسان را در بر خواهد داشت. با در نظر گرفتن اثر محيط ويسكوالاستيك، سفتي سيستم بيشتر شده و محدوده‌ي پايداري ديناميكي سيستم به فركانس‌هاي بالاتر خواهد رفت. با بيشتر شدن شدت ميدان‌مغناطيسي محدوده‌ي فركانس طبيعي بالاتر مي‌رود و اعمال ولتاژ منفي باعث استحكام بيشتر نانولوله مي‌گردد، از اين‌رو پايداري بيشتر خواهد شد. در ادامه اثر شرايط مرزي مختلف روي پايداري ديناميكي نانولوله نيز بررسي شده است. در پايان لازم به ذكر است كه استفاده از نظريه‌ي تنش زوجي اصلاح‌شده و بررسي پايداري ديناميكي در شرايط مختلف نوآوري اين پژوهش مي‌باشد.
چكيده انگليسي :
Carbon nanotube is a cylindrical nanostructure of carbon and it’s made of graphite with separate layers arranged in the form of hexagonal units with carbon atoms located at its six vertices. One of the important cases of using carbon nanotubes is the production of nano reservoirs and drug delivery in bionanotechnology. The occurrence of buckling phenomenon in various loading conditions leads to nanotube instability. Therefore, to control the stability of nanotubes, a sensing layer and a driving layer on the inner and outer surfaces of zinc oxide or other materials are added to the nanotube. In this research, dynamic stability of a smart sandwich nanotube is investigated. The core of the nanostructure is made from a single-walled carbon nanotube (SWCNT), which is coated with two ZnO piezoelectric layers. The inner piezoelectric layer is taken as a sensor and the outer layer as an actuator. The sandwich nanotube is embedded in an elastic visco-Pasternak medium. The modified couple stress theory is utilized to consider the small-scale effect, and the Kelvin-Voigt model is used to model the carbon nanotube and the ZnO layers. The surface tension is taken into account using the Gurtin-Murdoch theory. The nonlinear governing equations, derived by the Hamilton principle, are solved using differential quadrature method (DQM), to investigate dynamic stability range, and to calculate natural frequencies. The results of this study are compared against existing similar data in the literature, presented for some simpler cases. Then, the effect of various parameters, including the small scale parameter, the ratio of piezoelectric layer thickness to nanotube thickness, surface stresses, the visco-elastic foundation effect, the magnetic field effect, and the electrical polarity are scrutinized on the system dynamic stability range. The results indicate that consideration of the small scale can reduce the transverse displacement and frequency while increasing the thickness of the piezoelectric layer leads to a higher frequency. Moreover, incorporating the surface stresses into the model can increase the stability. Using the modified couple stress theory can be considered the main novelty of this paper.
