پديد آورنده :
زائري، محمدمهدي
عنوان :
شبيه سازي رفتار مكانيكي نانوساختارهاي گرافني با استفاده از روش هاي مولكولي
گرايش تحصيلي :
طراحي كاربردي
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي مكانيك
صفحه شمار :
نه، 83ص.: مصور
استاد راهنما :
سعيد ضيايي راد
استاد مشاور :
عليرضا شهيدي
توصيفگر ها :
نانومكانيك , مكانيك سازه اي مولكولي , روش اجزاء محدود , نانوطومار كربني , نانولوله كربني , نانومارپيچ كربني , خواص الاستيك
استاد داور :
مهرداد فريد، حميدرضا ميردامادي، محمد سيلاني
تاريخ ورود اطلاعات :
1395/04/23
كد ايرانداك :
ID891 دكتري
چكيده فارسي :
چكيده با ظهور فناوري نانو بيش از دو دهه است كه عرصه نوين وسيعي براي تحقيق در علوم و فنون مختلف گشوده شده است كشف و توليد نانومواد گوناگون و تعيين رفتار ماده در مقياس نانو از اركان اصلي اين فناوري محسوب ميشود حوزه نانومكانيك در اين ميان از اهميت ويژهاي برخوردار است چرا كه بسياري از كاربردهاي نانومواد و نانوسيستمها وابسته به خواص مكانيكي آنهاست در راستاي گسترش دانش نانومكانيك هدف رساله حاضر مدلسازي و شبيهسازي رفتار مكانيكي برخي نانوساختارهاي مبتني بر گرافن است به طور مشخص در اين رابطه سه زيرموضوع انتخاب گرديد الف شبيهسازي الاستيك نانوطومار كربني با استفاده از روش مكانيك سازهاي مولكولي در اين قسمت ابتدا هندسه نانوساختار مورد نظر با كدنويسي توليد شد سپس با برقراري ارتباط ميان خواص شيميايي پيوندهاي اتمي از يك سو و خواص مكانيكي المانهاي سازهاي از سوي ديگر نانوساختار با يك سيستم سازهاي معادلسازي شد و به كمك روش اجزا محدود مورد تحليل قرار گرفت تا خواص الاستيك آن به دست آيد اثر پارامترهاي هندسي و نيروهاي واندروالسي بر خواص نيز مطالعه گرديد مدول يانگ حدود 1100 GPa و مدول برشي حدود 500 GPa از نتايج اين قسمت است ب شبيهسازي بارگذاري نانولوله كربني از طريق روش ديناميك مولكولي در اين قسمت علاوه بر توليد هندسه كدهايي نوشته شد كه اندركنشهاي مختلف بين اتمها شامل پيوندها زاويهها دووجهيها و ناسرهها را شناسايي نمايد اين اندركنشها با بهرهگيري از يك ميدان نيرو به صورت كمي تعريف شد سپس با استفاده از روش ديناميك مولكولي و از سه طريق اعمال كرنش نيرو و تنش مدل تحت بار شبيهسازي گرديد ثوابت الاستيك درايههاي تانسور سختي مدولهاي الاستيك و ضرايب پواسون براي نانولولههاي كربني تكديواره با هندسههاي گوناگون استخراج و با متون علمي مقايسه گرديد به علاوه اثر غيرخطي بودن پتانسيلها مورد بررسي قرار گرفت ج شبيهسازي رفتار الاستيك نانومارپيچ كربني به كمك روش ديناميك مولكولي در اين قسمت هندسه نانوساختار مورد نظر كه به خاطر دارا بودن حلقههاي كربني پنجضلعي و هفتضلعي علاوه بر حلقههاي ششضلعي پيچيدهتر از نانوساختارهاي دو قسمت قبلي است به كمك مولد شبكه اجزا محدود توليد شد سپس مجددا از طريق روش ديناميك مولكولي ولي اين بار با استفاده از يك تابع پتانسيل مرتبه پيوندي مدل تحت كشش شبيهسازي و ثابت فنر آن استخراج گرديد و تأثير پارامترهاي ساختاري بر آن ارزيابي شد نتايج حاصل براي ثابت فنر در بازه 4 4 42 4 N m قرار دارد اين نتايج با ساير مقادير تئوري گزارش شده همخواني دارد اما نسبت به مقادير تجربي بزرگتر است كه علت اين اختلاف بررسي گرديد در مجموع رساله حاضر نمونههايي از نحوه مدلسازي نانوساختارها و كاربرد روشهاي مولكولي جهت استخراج خواص مكانيكي آنها را ارائه ميدهد كلمات كليدي نانومكانيك مكانيك سازهاي مولكولي شبيهسازي ديناميك مولكولي روش اجزا محدود گرافن نانوطومار كربني نانولوله كربني نانومارپيچ كربني خواص الاستيك
چكيده انگليسي :
Simulation of the Mechanical Behavior of Graphene Based Nanostructures Using Molecular Methods Mohammad Mahdi Zaeri mm zaeri@me iut ac ir 6 April 2016 Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Supervisor Dr Saeed Ziaei Rad szrad@cc iut ac ir Advisor Dr Alireza Shahidi Department Graduate Program Coordinator Dr Mohammadreza Salimpour Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 IranAbstract In nanotechnology the realm of nanomechanics is of particular importance The objective of thepresent dissertation is modeling and simulation of the mechanical behavior of some graphene basednanostructures Specifically three subtopics were selected in this regard a elastic simulation of carbonnanoscroll using molecular structural mechanics approach b simulation of loading of carbon nanotube viamolecular dynamics method and c simulation of the elastic behavior of carbon nanocoil using moleculardynamics technique In each part first the under study nanostructure as well as the applied method is introducedand explained Next the obtained results are presented and discussed Overall in order to expandnanomechanics this dissertation presents examples of modeling nanostructures and application of molecularmethods therein Keywords nanomechanics molecular structural mechanics molecular dynamics simulation finite elementmethod graphene carbon nanoscroll carbon nanotube carbon nanocoil elastic properties 1 IntroductionAfter several decades nanotechnology is still a significant frontier of science Particularly nanomechanics is of great importance since many applications of nanomaterials andnanosystems are based on the mechanics of materials at nanoscale In this regard the goal ofthe present dissertation is to model and simulate some nanostructures which are all based ongraphene Specifically three subtopics were selected a elastic modeling of carbonnanoscroll CNS using molecular structural mechanics MSM approach b simulation ofloading of carbon nanotube CNT applying molecular dynamics MD method and c simulation of the elastic behavior of carbon nanocoil CNC via MD In what follows theinvestigated nanostructure and applied method in each part is briefly explained and the mainresults are presented 2 Simulation2 1 Simulation of CNS with MSMCNS is formed by rolling a graphene sheet into a scroll shaped structure as shown in Fig 1 Itwas discovered in 2003 1 and can be applied for hydrogen storage nano actuators andsupercapacitors Its structure turns out to be an Archimedean spiral with an interlayer spacingof 0 34 nm To generate such a structure MATLAB codes were developed to first create thehoneycomb network of graphene and then to map it into a spiral This mapping preserved thelength differential element in order for the carbon carbon bonds to have an average length of0 142 nm The main idea of MSM is to replace atomic bonds by structural elements such as trusses beams and springs 2 To establish connection between the two the chemical energies of thebonds were set equal to the strain energies of the elements Given the chemical constantsfrom the literature of chemistry the properties of the structural elements were derived The
استاد راهنما :
سعيد ضيايي راد
استاد مشاور :
عليرضا شهيدي
استاد داور :
مهرداد فريد، حميدرضا ميردامادي، محمد سيلاني
