بررسي تاثير دماي محيط بر رفتار مكانيكي و شكست نانو لوله هاي كربني

Study the effect of environment temperature on mechanical and fracture behavior of carbon nanotubes

هدف از اين مقاله بررسي رفتار شكست نانو لوله ي كربني به وسيله ي مدل اصلاح شده مكانيك مولكولي ساختاري و شبيه سازي آن به كمك روش المان محدود مي باشد. مدل اصلاح شده مكانيك مولكولي ساختاري، يك المان تير سه بعدي با مقطع عمومي است كه در آن سفتي هاي خمشي داخل و خارج از صفحه به صورت مستقل تعريف مي شود. در تحليل هاي انجام شده، نانو لوله ي كربني به صورت دوسرگيردار در نظر گرفته شده و با نرخ كرنش ثابت تحت تنش كششي قرار داده مي شود تا شكست در نانو لوله ايجاد گردد. رفتار پيوندهاي كربن-كربن به صورت غير خطي در نظر گرفته شده كه در كرنش 19% دچار گسيختگي مي شود. همچنين بسته به تغيير رفتار مكانيكي پيوندها در دماهاي مختلف پيش بيني مي شود رفتار شكست در نانولوله ها وابسته به دماي محيط باشد. بنا به تحقيقات انجام شده، با افزايش دما، مدول يانگ نانو لوله كاهش و ضريب پواسون افزايش مي يابد. همچنين با افزايش دما، تنش و كرنش نهايي شكست كاهش پيدا مي كند. در نهايت نتايج نشان مي دهد كه مي توان رابطه اي غيرخطي (چندجمله اي) بين دما و مدول يانگ تعريف كرد كه ثوابت آن وابسته به كايراليتي نانو لوله ها تغيير مي كند.

The purpose of this paper is to deal with fracture behavior of carbon nanotubes by presenting a revised structural molecular mechanics model in the finite element method. Structural molecular mechanics modified model simulates nanotubes by using space frame model. This model contains carbon atoms and bonds using a three-dimensional beam element with general section in which bending stiffness and inversion are defined independently. In performed studies, a bridged carbon nanotube with constant strain rate is examined under tensile stress until the failure of nanotube. Carbon-carbon bonds behavior has been assumed nonlinearly and will be ruptured when the strain reaches 19%. Additionally, it is predicted that fracture behavior in carbon nanotubes depends on the environment temperature due to the mechanical behavior of carbon nanotube's bonds. Based on the present research, it can be concluded that by increasing the temperature, Poisson’s ratio increases and Young's modulus decreases. Further, it can be said while the temperature increases, both the fracture ultimate strain and stress decrease. Finally, a nonlinear relationship is presented in which the constants depend on chirality of the carbon nanotubes.