بررسي اثر زاويه كايرال بر كمانش محوري و پيچشي نانولوله هاي كربني تك جداره به كمك روش اجزا محدود

Investigation of Chirality Effect on Axial and Torsional Buckling Behavior of SWCNTs Using Finite Element Method

در اين پژوهش اثر زاويه كايرال بر رفتار كمانشي نانولوله‌هاي كربني تك-جداره بررسي مي‌شود. براي اينكه اثر زاويه كايرال مستقل از اثر اندازه بررسي گردد از هندسه‌هايي با طول و قطر برابر اما زاويه كايرال متفاوت استفاده شده است. براي مدل كردن پيوندهاي شيميايي بين اتم‌هاي كربن، انرژي پتانسيل تئوري مكانيك مولكولي با انرژي كرنشي ذخيره شده در يك تير سه بعدي كه اتصال بين دو اتم كربن را مدل مي‌كند، برابر قرار داده‌ مي‌شود. پس از تعيين خواص المان تير جايگزين، مختصات گره‌ها (اتم‌هاي كربن) و المان‌ها به وسيله برنامه‌اي كه در نرم افزار متلب تهيه شده است تعيين مي‌شود. سپس به كمك نرم افزار انسيس اثر زاويه كايرال بر بار كمانش محوري و پيچشي، براي انواع ساختارها بررسي مي‌شود. نتايج نشان مي‌دهند كه در كمانش محوري، زاويه‌ي كايرال بر بار كمانشي چندان تاثير ندارد اما در حالت بارگذاري پيچشي زاويه‌ي كايرال يك پارامتر تاثيرگذار است. نانولوله‌ با زاويه‌ي كايرال 11/19 درجه بيشترين مقدار گشتاور بحراني را دارد. در حالت بارگذاري پيچشي پادساعت-گرد، نانولوله با زاويه‌ي كايرال 64/9 درجه كمترين مقدار گشتاور بحراني را دارد. هم‌چنين در حالت پيچشي جهت پيچش نيز مهم است به طوري كه براي ساختارهايي با زاويه كايرال 48/15 درجه اختلاف بين حالت ساعت‌گرد و پادساعت‌گرد به بيشترين مقدار خود مي‌رسد.

In this paper, chirality effect on the buckling behavior of SWCNTs has been investigated. In order to explore the effect of chiral angle, all structures are used with the same length and diameter but different chiral angles. For modeling of chemical bonds between carbon atoms, potential energy of molecular mechanics theory and strain energies of a 3D beam element have been equalized. After calculating the element properties, the node coordinates have been determined using a computer code developed in MATLAB software. Then, ANSYS software is used to study the chirality effects on axial and torsional buckling load. Results show that the chiral angle has no significant influence on critical axial force. However, chiral angle is an effective parameter in torsional buckling. Chiral angle of 19.11 degree has the maximum critical torsional moment among all structures. In counter-clock-wise loading condition, chiral angle of 9.64 degree has the minimum critical torsional moment. Also, the direction of twisting (cw or ccw) is important and the difference between cw and ccw critical torsional moment reaches its maximum value for chiral angle of 15.48 degree.