سایت مرجع دانلود پایان نامه - تحقیق - پروژه

 در محیط الاستیک

 استاد راهنما:

دکتر علی قربان پور آرانی

دکتر کیوان ترابی

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
متن پایان نامه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده
بررسی وتحلیل ارتعاشات آزاد و اجباری نانولوله کربنی چند جداره مستقر در یک محیط الاستیک به منظور دستیابی به درک ریاضی روشن از رفتار جداره های مختلف نانولوله تحت تاثیر نیروهای وان در والسی و ماده واسطه الاستیک یکی از مقوله های بسیار مهم در بررسی رفتار نانولوله کربنی جند جداره است.
تحلیل ارتعاشات خطی نانو لوله کربنی تحت مدل های تیر اویلر-برنولی و نیز مدل تیر تیموشنکو از موارد پر دامنه در مقالات سالهای اخیر بوده است،اما تحلیل ارتعاشات آزاد با در نظر گرفتن غیر خطی بودن هندسی نانولوله تاکنون یک بار در سال ۲۰۰۶ به منظور دستیابی به منحنی های جواب فرکانسی  بر حسب دامنه ارتعاش نانولوله صورت گرفته است.این تحلیل بر اساس مدل تیر اویلر-برنولی مرکب و با بهره گرفتن از روش عددی”بالانس هارمونیک” انجام شده است.در تحلیل پیش رو سعی بر آن است که ابتدا به آنالیز ارتعاشات آزاد غیر خطی بر اساس مدل تیر اویلر-برنولی با بهره گرفتن از روش تحلیلی معدل گیری به منظور دستیابی به روابط فرکانس غیر خطی با دامنه پرداخته شود و سپس در پایان با مقایسه نتایج ناشی از روش معدل گیری با نتایج روش هارمونیک بالانس به بررسی میزان دقت روش مورد استفاده می پردازیم.

فهرست مطالب

 
۱-۱-چکیده
بررسی وتحلیل ارتعاشات آزاد و اجباری نانولوله کربنی چند جداره مستقر در یک محیط الاستیک به منظور دستیابی به درک ریاضی روشن از رفتار جداره های مختلف نانولوله تحت تاثیر نیروهای وان در والسی و ماده واسطه الاستیک یکی از مقوله های بسیار مهم در بررسی رفتار نانولوله کربنی جند جداره است.
تحلیل ارتعاشات خطی نانو لوله کربنی تحت مدل های تیر اویلر-برنولی و نیز مدل تیر تیموشنکو از موارد پر دامنه در مقالات سالهای اخیر بوده است،اما تحلیل ارتعاشات آزاد با در نظر گرفتن غیر خطی بودن هندسی نانولوله تاکنون یک بار در سال ۲۰۰۶ به منظور دستیابی به منحنی های جواب فرکانسی  بر حسب دامنه ارتعاش نانولوله صورت گرفته است[۱۴].این تحلیل بر اساس مدل تیر اویلر-برنولی مرکب و با بهره گرفتن از روش عددی”بالانس هارمونیک” انجام شده است.در تحلیل پیش رو سعی بر آن است که ابتدا به آنالیز ارتعاشات آزاد غیر خطی بر اساس مدل تیر اویلر-برنولی با بهره گرفتن از روش تحلیلی معدل گیری به منظور دستیابی به روابط فرکانس غیر خطی با دامنه پرداخته شود و سپس د رپایان با مقایسه نتایج ناشی از روش معدل گیری با نتایج روش هارمونیک بالانس به بررسی میزان دقت روش مورد استفاده می پردازیم.
۱-۲-مقدمه‌ای بر نانو فناوری
فناوری نانو از نظر لغوی به معنای هرگونه فناوری‌ای است که در مقیاس نانو قابل اجرا بوده و برای رفع نیازهای جهان واقعی به کار رود. این فناوری در برگیرنده تولید و کاربرد سیستم های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی- در محدوده وسیعی از اندازه‌ اتمهای جداگانه یا مولکولها گرفته تا ابعاد زیر مولکولی- و همچنین ترکیب سازه‌های ساده و تولید سازه‌های پیچیده‌تر می‌باشد.

نخستین بار در ۲۹ دسامبر سال ۱۹۵۹ ریچارد فینمن^۱ برنده جایزه نوبل در نطق مشهورش تحت عنوان “آن پائین فضای بسیاری وجود دارد” در موسسه فناوری کالیفرنیا^۲ در نشستسالانه انجمن فیزیک آمریکا در مورد این انقلاب و فناوری نوین سخنرانی کرد. وی سالها پیش از اینکه میکروچیپها اختراع شوند به تشریح فناوریی پرداخت که در آن می‌توان اجزایی با ابعاد مینیاتوری بسیار کوچک ایجاد کرد. او با این ایده که می‌توان در ابعاد بسیار کوچک هم سازه‌هایی را به صورت اتم به اتم و یا مولکول به مولکول ساخت. تحقیقات و اکتشافاتی که در زمینه تولید نانو ذرات از دهه هشتاد میلادی به بعد انجام شده، ادعاهای وی را تایید می‌کند[۱].
یک سال بعد در سال ۱۹۶۰ ‏ راجر بیکن^۱ به تشریح خصوصیات نانو لوله پرداخت. تا اینکه در سال ۱۹۸۵ ریچارد اسمالی^۲ ساختار باکی بال را به کمک لیزر ساخت. یادآوری می‌شود که کربن خالص در ساختارهای گوناگونی ظاهر می‌شود که عبارتند از: ساختار الماس‌گونه^۳، به صورت صفحه‌ای از اتمهای کربن با فواصل معین^۴ ، به صورت کروی^۵ (با‏کی بال یا ساختار C₆₀ ) ، ‏به صورت نانو لوله تک جداره^۶ یا چند جداره^۷، و به صورت رشته‌ای و دسته‌ای از نانو لوله‌ها در ‏کنار هم^۸ [۱,۲] .
‏در سال ۱۹۹۰ ‏در موسسه‌ی تحقیقاتی ماکس پلانک به وسیله تخلیه قوس الکتریکی، باکی بال ساخته شد و سرانجام در سال ۱۹۹۱ ‏سومیا ایجیما^۹ در موسسه NEC نانو لوله چند جداره را کشف کرد و آغازگر انقلاب فناوری نانو شد. ساخت نانو لوله‌های تک جداره مشکلتر از چند جداره است به همین دلیل این مساله از زمان کشف و تولید نانو لوله‌های چند جداره دو سال طول کشید تا اینکه در سال ۱۹۹۳ با همکاری دو موسسه IBM و NEC نانو لوله تک جداره ساخته شد.
خصوصیات الکتریکی، مکانیکی، نوری، مغناطیسی، شیمیایی، کاتالیستی و بیولوژیکی هر یک، از نقاط قابل تأمل در این فناوری نوین است .
‏در بسیاری از موارد مایل هستیم رفتار مواد را در مقیاس نانو پیش بینی کنیم اما در این مسیر مشکلاتی وجود دارد. یکی از مشکلات تغییر خواص فیزیکی و در نتیجه تغییر قوانین فیزیکی است، چرا که در مقیاس اتمی کاربرد قوانین فیزیکی نیوتونی نتایج دقیقی را به دست نمی دهد و بایستی از قوانین فیزیک مولکولی یا فیزیک کوانتومی برای توجیه پدیده‌هایی که در این مقیاس روی می دهد استفاده کرد. به علاوه در این مقیاس دیگر نمی‌توان مواد و ساختار آنان را پیوسته فرض کرد. از آنجایی که فرمولها و روابط فیزیک مولکولی بسیار پیچیده‌اند و علاوه بر آن زمان محاسبه بسیاری طلب می‌کنند و به اصطلاح گران تمام می شوند، در سالهای اخیر روند حرکت به سمت استفاده از روابط موجود در مهندسی برای بررسی رفتار نانو سازه‌ها با در نظر گرفتن این نکته است که این روابط از نظر کیفی در بسیاری موارد مسیر فرآیند را به خوبی توصیف می کنند؟ اما با توجه به اینکه دقت استفاده از این روابط به اندازه دقت قوانین دقیق فیزیک مولکولی برای توجیه پدیده‌ها و محاسبه کمی متغیرها نیست مسلماً خطاهایی وجود دارد که ممکن است حتی صحت نتایج را زیر سوال ببرند، اما برای حل این مساله می‌توان در برخی موارد روابط موجود را تصحیح کرد تا به واقعیت نزدیکتر باشند. البته حتی در مورد دقت کاربرد قوانین فیزیک مولکولی- که هر یک توصیف ریاضی مدل فیزیکی برای توجیه رفتار ذرات در مقیاس بسیار ریز است- تا زمانی که آزمایشهای عملی و دقیق انجام نشوند نمی‌توان اظهار نظر کرد.
‏مساله دیگری که وجود دارد این است که ما در علوم مهندسی کنونی در بسیاری از موارد به تفکیک پدیده‌ها ‏پرداخته و جداگانه پیرامون هر یک به بحث می پردازیم و برای ساده‌سازی روابط در بسیاری از موارد از اثر متغیرها و پدیده‌هایی که به گمان ما تأثیر چندانی بر روی پدیده مورد نظر ندارند چشم می پوشیم، در حالیکه این جداسازی در مقیاس نانو چندان امکان پذیر و درست نیست چرا که نتایج را به کلی تغییر می‌دهد به عبارت دقیقتر در این مقیاس بسیار ریز، غالباً خصوصیات مختلف روی هم تاثیر می‌گذارند و همین مساله ضرورت ایجاد دانشهای جدید، روابط دقیقتر و مدلسازی هوشمندانه‌تر از فرآیندهای مورد نظر را ایجاب می کند.
با توجه به مطالبی که تاکنون بیان شد، در اینجا لزوم ارتباط میان مقیاسهای نانو تا میکرو و همچنین میکرو تا ماکرو مطرح می شود. همچنین لزوم ساخت دستگاه های منحصر بفردی برای اندازه‌گیری نیروهایی در اندازه پیکونیوتن و دیدن و محاسبه روی موادی به ابعاد نانومتر به خوبی احساس می‌شود. در ادامه به شرح مختصری از روش های تولید و کاربردهای نانو پرداخته خواهد شد.
۱-۳- ‏دسته بندی و روش های معمول تولید نانو مواد
‏از زمان کشف نانو لوله‌های کربنی در سال ۱۹۹۱ ‏پیشرفت زیادی در جهت تولید و کاربرد این مواد حاصل شده که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ‏ مواد
• ‏جدا سازی شیمیایی و بیولوژیکی، خالص سازی مواد و ‏کاتالسیت‌ها
• ذخیره سازهای انرژی نظیر ذخیره سازهای هیدروژن، پیلهای ‏سوختی و باتریهای لیتیومی
• مواد کامپوزیتی جهت پوشش دادن، پرکردن و نیز به عنوان ‏مواد تشکیل دهنده سازه ها