عنوان پایان‌نامه
تحلیل تاثیراعوجاج اولیه بر رفتار پس کمانش صفحه های گرافن با استفاده از تئوری الاستیسیته غیر محلی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3585;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 80766;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3585;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 80766
- تاریخ دفاع
- ۱۱ اسفند ۱۳۹۵
- دانشجو
- احمد سلیمانی
- استاد راهنما
- محمدحسن نائی
- چکیده
- در سال های اخیر، نانوفناوری به یکی از مهم ترین کانون های توجه در کلیه علوم و به تبع آن در علم مکانیک تبدیل شده است. نانوسازه ها دارای پتانسیل کاربردی گسترده ای در حوزه های مختلف نانوفناوری هستند. امروزه نانومواد مختلفی جهت ایجاد نانوسازه ها مطرح هستند که بسته به خواص مورد انتظار از سازه و روش ساخت مناسب انتخاب می شوند. از پرکاربردترین و کارآترین این نانومواد سازه ای می توان به صفحه های گرافن اشاره نمود که خواص فیزیکی، مکانیکی و الکتریکی منحصر به فرد و مورد انتظار در طراحی نانوسازه ها دارند و توجه بسیاری از محققان را به خود جلب نموده اند. بررسی آخرین مطالعات انجام گرفته روی صفحه های گرافن ساخته شده به روش های مختلف نشان می دهد که عیب های توپولوژیکی در حین تولید این صفحه ها باعث ایجاد نواقص اولیه به صورت برآمدگی و اعوجاج های خارج از صفحه و به عبارتی موج دار شدن صفحه¬های گرافن می گردند. این اعوجاج اولیه خارج از صفحه می تواند تأثیر قابل توجهی بر رفتار کمانشی این صفحه ها داشته باشد. بنابراین در نظرگیری صفحه های گرافن به صورت یک صفحه دو بعدی کاملا مسطح در بررسی رفتار پس کمانش آن صفحه ها خطایی به دنبال خواهد داشت. با توجه به موارد مطرح شده در مورد اعوجاج اولیه صفحه های گرافن، هدف از پژوهش حاضر، تحلیل رفتار پس کمانش نانوصفحه های گرافن موج دار می باشد. برای این هدف معادلات حرکت کمانش غیرخطی نانوصفحه بر مبنای تئوری الاستیسیته غیرمحلی، تئوری برشی مرتبه اول و کرنش های غیرخطی فون کارمن استخراج می گردند. موج دار بودن به عنوان یک هندسه اولیه در معادلات اعمال می گردد و در نهایت به دلیل وجود ترم های غیرخطی، نقص اولیه هندسی وعبارات مربوط به تئوری غیرمحلی در معادلات، حل به روش تحلیلی غیرممکن و از روش حل عددی تحلیل هندسی برای همگرایی و حل معادلات استفاده می گردد. تأثیر موج اولیه، عوامل غیرخطی، پارامتر غیرمحلی و ابعاد نانوصفحه بر رفتار پس کمانش بررسی و حساسیت نتایج به این عوامل مورد بحث قرار می گیرد. همچنین شبیه سازی دینامیک مولکولی پس کمانش صفحات گرافن با استفاده از شبیه ساز پرقدرت لمپس انجام شده است و مقایسه نتایج با نتایج حاصل از مکانیک پیوسته غیرمحلی به منظور بررسی صحت روند کلی نتایج و هم چنین به دست آوردن مقدار مناسب پارامتر غیرمحلی انجام گرفته است.
- Abstract
- In recent years, nano-technology has gained a great deal of attention in different disciplines, especially in mechanical sciences. Nanostructures have been popular due to their vast potential applicability in different aspects of nano-technology area. Different nano-materials have recently been introduced to construct nano-structures, which depend on the expected properties of the nano-structures and the method of construction. One of the nanostructures that considerable attention has been paid to is graphene sheets. These sheets have unique physical, mechanical, and electrical prosperities in designing nanostructures. Recent research on designed graphene sheets based on different methodologies demonstrates that topological defects in production step leads to initial defects, represented as out of plane imperfections. The initial out of plane imperfections may have remarkable effects on the buckling behavior of the sheets. Therefore, assuming a two-dimensional perfect sheet to study postbuckling behavior of the graphene sheets may result in error and uncertainty. To address the aforementioned issues regarding initial imperfection of graphene sheets, the present study aims to analyze the postbuckling behavior of wavy nano-graphene sheets. For this purpose, this study develops the nonlinear equations of postbuckling of nano-sheets based on nonlocal elasticity theory, first order shear deformation theory, and nonlinear von-kerman model. In the methodology, the assumption of being imperfection as an initial isogeometric is involved in developing the equations. Despite the existence of nonlinear terms, initial isogeometric defects, and the terms in regard with nonlocal theory in the equations, reaching out to an analytical solution is impossible. An isogeometric analysis is thus applied to make a convergence and solve the equations. The effects of initial imperfection, nonlinear factors, nonlocal parameters, and the dimension of nanosheets are studied on postbuckling behavior of the sheets. The sensitivity of the results is then discussed in terms of the effective factors. The molecular dynamics simulation of the graphene sheets’ postbuckling is also carried out using the powerful LAMMPS simulator. To investigate the accuracy of the results and derive an appropriate nonlocal parameter, a comparison is consequently carried out with the derived results from the nonlocal continuous mechanics approach. Keywords: Graphene sheets, out of plane imperfections, postbuckling, nonlocal continuous mechanics, isogeometric analysis, molecular dynamics.
