بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق ارتعاشات یک میکروپانل نازک کامپوزیتی پلیمری هوشمند تقویتشده با نانولولههای تکجداره نیترید بور و ماده زمینهی پلیوینیلیدن فلوراید - PVDF - 1، واقع بر بستر الاستیک مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از روش میکرومکانیک، معادلات ساختاری نانوکامپوزیت برای یک المان حجمی نمونه بهدست آمده و با در نظر گرفتن میدان الکتریکی یکجهت و تنش صفحهای در راستای این میدان، روابط تنش-کرنش که شامل عبارتهای مکانیکی و الکتریکی میباشد، برای میکرولولهها حاصلشده است. میکروپانل بهعنوان پوسته جدارنازک فرض شده و از تئوری غیرخطی دانل برای روابط کرنش-جابهجایی و برای به دست آوردن معادلات حرکت از روش حداقل انرژی - اصل همیلتون - استفاده گردیده که در آن کار خارجی ناشی از نیروهای اعمالی از طرف محیط الاستیک و همچنین نیروی ناشی از میدان مغناطیسی میباشد. با توجه به اینکه این تحقیق در مقیاس کوچک - میکرو - انجام میپذیرد از تئوریهای گرادیان کرنش،
تنش کوپله اصلاحشده و کلاسیک برای در نظر گرفتن اثر مقیاس کوچک در معادلات استفاده شده است. درنهایت، اثر عوامل مختلفی چون نسبت ابعاد، زاویهی قطاع پانل و درصد حجمی نانولوله بر روی فرکانس طبیعی پانل مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که سختی پانل با افزایش نسبت L - L R طول و R شعاع پانل میباشد - و کاهش درصد حجمی نانولولهها، کاهش یافته و فرکانس کمتری به دست می-آید. حداکثر فرکانس در قطاع کامل استوانهای رخ میدهد که در L R کم، نتیجه عکس میشود و کاهش زاویه قطاع پانل باعث افزایش فرکانس میشود. خواهد شد. بهعلاوه وجود نانولولههای کربن، مقاومت در برابر خستگی و خزش را نیز افزایش میدهد. نانولولههای نیتریدبور در مواد کامپوزیتی کاربرد دارند؛ چون دارای بخشی از استحکام نانولولههای کربنی بوده و مقاومت خیلی بالاتری در مقابل مواد شیمیایی و نیز دماهای بالا دارند.
بهعلاوه خواص برجستهی نانولولههای نیترید بور ازجمله مدول الاستیسیته و هدایت حرارتی بالا، آنها را به یکی از انتخابهای اصلی برای تقویت مواد کامپوزیتی بهمنظور دستیابی به هدایت حرارتی بالا، تقویت مکانیکی و ضریب انبساط حرارتی پایینتر تبدیل کرده است. خصوصیات الاستیک BNNT1 برای اولین بار توسط اوه [1] - Oh - ارائه شد. سونگ - Song - و همکاران [2] یک تئوری مکانیک محیط پیوسته بر اساس پتانسیل بین اتمی نیتروژن و بور پیشنهاد کردند که هدف از آن مطالعه مقدار مدول الاستیسیته، منحنی تنش کرنش و گسیختگی BNNT تحت کشش بود. آنها نشان دادند میزان مارپیچ بودن BNNT برخلاف شعاع آن، اثر قوی بر رفتار مکانیکی تحت فرآیند کشش دارد. ساختار بهینه BNNT تحت میدان نیرویی خارجی، توسط مون و هوانگ [3] - - Moon & Hwang -
بررسی شد. در آن تحقیق، به بررسی خصوصیات ساختاری مانند طول پیوند بور و نیتروژن، ناپایداری این پیوند و انرژی کرنشی ناشی از پیوند پرداختند. قربانپور آرانی و همکاران در یک سلسله پژوهش بهطور کامل به رفتار مکانیکی نانولولههای کربنی اعم از کمانش محوری، کمانش حرارتی، ارتعاشات و پایداری پرداختند .[4]-[7] بررسی کمانش محوری و پیچشی یک نانولوله کربنی چندجداره واقعبر محیط الاستیک تحت فشار داخلی و خارجی با استفاده از مکانیک محیط پیوسته غیرموضعی توسط آنها انجام شد.[4] فرض اساسی در این تحقیق تغییر فاصله بین لایهای در محاسبه نیروی واندروالس بود و نتیجهای که به دست آمد این بود که فشار داخلی مقدار بار بحرانی کمانش را افزایش میدهد و بالعکس. در مطالعهای دیگر [5] از این محققان، اثر فشار خالص محوری بر روی یک نانولوله تکجداره کربنی بر اساس مدل پوسته جدارنازک مورد بررسی قرار گرفت. مهمترین جنبه این تحقیق استفاده از نرمافزار المان محدود برای مقایسه نتایج موضعی و غیرموضعی بود. همچنین اثر میدان گرمایی بر روی رفتار کمانشی یک نانولوله دوجداره کربنی تحت فشار داخلی توسط این محققین مورد بررسی قرار گرفت.[6] نتیجه بهدستآمده از این تحقیق عبارت بود از اینکه در دماهای پایین با افزایش دما بار بحرانی کمانش افزایش مییابد درحالیکه در دماهای بالا این رفتارکاملاً برعکس است. در نظر گرفتن محیط الاستیک پاسترناک برای اولین بار در حوزه نانوفناوری بهمنظور تحلیل کمانش حرارتی، توسط این محققین [7] صورت پذیرفت.
درزمینهی ارتعاشات نانولولههای کربنی جدیدترین پژوهش توسط یاس - Yas - و همکاران [8] صورت گرفته است. در زمینهی ارتعاشات BNNT شاخصترین پژوهش توسط قربانپور آرانی و همکاران [9]-[11] انجام یافته است. در این تحقیقات نانولوله بهعنوان پوسته جدارنازک در نظر گرفته شده و تأثیر ابعاد نانولوله، درصد حجمی نانولوله، زاویه قطاع پانل، زاویه قرارگیری نانولولهها و محیط الاستیک بر-روی فرکانس طبیعی آن بررسی شده است.
.2 مدلسازی خواص الکترومگنتوالاستیک برای کامپوزیتهای تقویتشده با الیاف پیزوالکتریک - مگنتیک مدل میکرومکانیک یک ابزار سودمند جهت برآورد خواص برای مواد کامپوزیتی هوشمند است.[12] معادلات خطی حاکم بر رفتار الکترومگنتوترموالاستیک مواد PEMFRC2 بهصورت زیر بیان میشود: [14],[13] که i و i مولفههای تنش و کرنش محوری، و i و i مولفههای تنش و کرنش برشی ماده هستند، Di و Ei مولفههای مربوط به جابجایی الکتریکی و میدان الکتریکی میباشند. افزایش دما و C و به ترتیب ثوابت الاستیک ودیالکتریک ماده هستند. e ثوابت پیزوالکتریک میباشند. pi نمایانگر مؤلفههای بردار پیزوالکتریک و i نمایانگر مؤلفههای بردار انبساط حرارتی میباشند. روابط معادله - 1 - در دستگاه مختصات متعامد با بردارهای یکه e1 , e2 , e3 کهمعمولاً جهات اصلی هستند، ارائهشده است. برای به دست آوردن این روابط در دستگاه مختصات چرخانیده شده با بردارهای یکه ex , e z , e ، از ماتریس انتقال فضایی استفاده میشود. با در نظر گرفتن میدان الکتریکی در راستای 3، شکل سادهشده استفاده از ماتریس انتقال میتواند بهصورت معادله - 2 - بیان گردد:[15]
