توصيفگر ها :
خواص مكانيكي , ميكروتوبول , نظريه گراديان كرنش غير محلي , اثرات اندازه , ميكروذره متحرك
چكيده فارسي :
ميكروتوبول¬ها نقش مهمي در بسياري از فرآيندهاي سلولي مانند تشكيل دوك ميتوزي، ايجاد بستري براي حمل و نقل درون سلولي اندامك¬ها و حمايت از كينيزين¬ها جهت تبديل انرژي شيميايي به كار مكانيكي، دارند. علاوه بر اين، ميكروتوبول¬ها به عنوان هدف در داروهاي ضد سرطاني مورد استفاده قرار مي¬گيرند. بنابراين، با توجه به نقش اين ساختارهاي زيستي در فرآيندهاي مختلف، بررسي رفتار مكانيكي آنها از اهميت ويژه¬اي برخوردار است. در سال¬هاي اخير، مدل¬سازي مكانيك محيط پيوسته¬ي ميكروساختارها توجه بسياري از محققان را در سرتاسر جهان به خود جلب كرده است، زيرا از يك طرف انجام آزمايش¬هاي كنترل شده در مقياس ميكرو بسيار دشوار بوده و از طرف ديگر شبيه¬سازي¬هاي ديناميك مولكولي اين مواد نيز از نظر محاسباتي بسيار پرهزينه و وقت¬گير هستند. از آنجايي كه اثر مقياس در نظريه¬ي مكانيك محيط پيوسته كلاسيك لحاظ نمي¬شود، استفاده از مدل¬هايي مبتني بر اين نظريه در تحليل سازه¬هايي با ابعاد ميكرو چندان مطمئن نمي¬باشد. نظريه¬هاي مكانيك محيط پيوسته اصلاح شده¬ي زيادي وجود دارند كه اثرات اندازه را در نظر مي¬گيرند. در ميان تمامي نظريه¬هاي وابسته به مقياس، نظريه الاستيسيته غيرمحلي و نظريه گراديان كرنشي بطور گسترده¬اي در بررسي تحليلي ميكرو ساختارها به كار مي¬روند. همزمان با توسعه مدل¬هاي پوسته¬ي غيرمحلي براي نانولوله¬هاي كربني، نظريه پوسته¬ي غيرمحلي براي به¬دست آوردن فركانس¬هاي طبيعي، تغيير شكل¬هاي جانبي و بار¬هاي كمانش ميكروتوبول¬ها نيز مورد استفاده قرار گرفت. با مرور ادبيات فني در اين زمينه مشخص مي¬شود كه رفتار ارتعاشي ميكروتوبول ها تحت اثر ميكرو ذراتي كه روي ميكروتوبول ها در حال حركت مي باشند با استفاده از يك مدل اصلاح شده غيرمحلي گراديان كرنشي تاكنون مورد مطالعه قرار نگرفته است. اين امر باعث شد تا به مطالعه اين موضوع در اين پژوهش بپردازيم. به منظور اعتبار سنجي مدل¬هاي ارائه شده، نتايج اين مدل¬ها با نتايج موجود مقايسه شد. در ابتدا ارتعاشات آزاد ميكروتوبول ها با استفاده از روش سنجش وزني مشتقات مورد مطالعه قرار گرفت. سپس ارتعاشات اين ميكروساختارها تحت اثر با متحرك با شدت سينوسي با استفاده از روش گالركين مورد بررسي قرار گرفت. در نهايت اثر با متحرك با شدت ثابت بر روي رفتار ارتعاشي ميكروتوبول ها تحليل گرديد. علاوه بر ارايه يك روش حل دقيق براي شرط مرزي ساده، يك روش حل عددي بر پايه روش گالركين و روش انتگرال گيري دقيق براي اين مسئله ارايه گرديد. نتايج اين پايان نامه نشان مي دهد كه فركانس طبيعي ميكروتوبول ها با افزايش پارامتر غيرمحلي كاهش و با افزايش پارامتر گراديان كرنشي افزايش مي يابد. علاوه بر اين مشاهده شد كه افزايش پارامتر غيرمحلي باعث افزايش جابجايي جانبي ميكروتوبول تحت ميكروذره متحرك مي گردد در حالي كه اثر پارامتر گراديان كرنشي برعكس مي باشد.
چكيده انگليسي :
Microtubules play an important role in many cellular processes, such as the formation of the mitotic spindle, creating a platform for the intracellular transport of organelles, and supporting kinesins to convert chemical energy into mechanical work. In addition, microtubules are used as targets in anticancer drugs. Therefore, considering the role of these biological structures in various processes, investigating their mechanical behaviour is of particular importance. In recent years, the modified continuum-based modeling of microstructures has attracted the attention of many researchers around the world because it is very difficult to conduct controlled experiments at micro- and nano-scales, and on the other hand, the molecular dynamics simulations of these materials are computationally expensive and time-consuming. Since size effects are not considered in the theory of classical elasticity, the use of classical models in the analysis of micro- and nano-structures is not very reliable. There are a number of modified continuum mechanics theories that take into account size effects. Among all scale-dependent theories, nonlocal elasticity theory and strain gradient theory are widely used in the analytical investigation of microstructures and nanostructures. Simultaneously with the development of nonlocal models for carbon nanotubes, the nonlocal theory was also used to obtain the natural frequencies, lateral deformations, and buckling loads of microtubules. By reviewing the technical literature in this field, it is clear that the vibrational behaviour of microtubules under the effect of moving microparticles using the nonlocal strain gradient theory has not been studied so far. This motivated us to investigate this problem in this research. In order to validate the present models, the results of these models were compared with the results available in the literature. At first, the free vibrations of microtubules were studied using the differential quadrature method. Then, the vibrations of these structures under the effect of harmonic moving load were investigated using the Galerkin method. Finally, the effect of moving load with constant intensity on the vibrational behaviour of microtubules was analyzed. In addition to providing an exact solution method for the simply supported boundary condition, a numerical solution method based on the Galerkin method and the precise integration method was provided. The results of this study show that the natural frequency of microtubules decreases with the increase of the nonlocal parameter and increases with the increase of the strain gradient parameter. In addition, it was observed that increasing the nonlocal parameter increases the lateral displacement of the microtubule under the moving microparticle, while the effect of the strain gradient parameter is the opposite.
