مشخصه يابي ديناميكي نانولوله كربني با رويكرد ماكروسكوپي ضربه چكش در حضور سيال: شبيه سازي ديناميك مولكولي

در اين مقاله با استفاده از رويكرد آناليز مودال تجربي در مقياس ماكروسكوپي، خواص ارتعاشاتي يك سيستم در ابعاد نانو مورد مطالعه قرار مي گيرد. اين آناليز بر اساس رابطه بين طيف پاسخ ارتعاشي در يك نقطه از سازه و طيف نيروي تحريك در همان نقطه يا نقاط ديگر و تابع پاسخ فركانسي (FRF) مربوطه، انجام مي شود. اين فرآيند در مقياس بزرگ با استفاده از ضربه چكش و اعمال نيرويي متناسب با شرايط سازه در بازه زماني بسيار كوچك صورت مي پذيرد كه سبب تحريك همه مودهاي ارتعاشي سازه با انرژي يكسان مي شود. با الهام از همين تكنيك، اعمال ضربه با ساختاري سخت به نانولوله كربني نيز مي تواند منجر به شناسايي فركانس هاس طبيعي در ادوات در مقياس نانو گردد. اين ضربه با استفاده از نوك الماسه در ميكروسكوپهاي نيروي اتمي قابل اعمال است. همچنين با استفاده از همين نوع ميكروسكوپ مي توان جابجايي در ساختار نانو را نيز شناسايي و نمودار FRF را استخراج نمود. در پژوهش حاضر از شبيه سازي ديناميك مولكولي به منظور آزمون ايده فوق بهره گرفته شده است. بدين منظور نانولوله كربني با كايراليتي (8,8) و طول nm10 به صورت خالي و پر شده از سيال با چگالي kg/m3 9/0 در دماي K 300 تحت آزمون ضربه چكش قرار داده شده است. آزمون ضربه چكش براي چند كايراليتي مختلف نانولوله كربني نيز تكرار گرديده است. در انتها فركانس هاي اصلي مستخرج از آزمون ضربه چكش با نتايج حاصل از رويكرد موج ترمومكانيكي كه يك رويكرد رايج در استخراج فركانس طبيعي سيستم هاي نانو با استفاده از روش ديناميك مولكولي است، مقايسه گرديده است. مشاهده شد كه با افزايش چگالي سيال، فركانس اصلي نانولوله در رويكر موج ترمومكانيكي در حال افزايش است و تست ضربه چكش نيز با تقريب خوبي مي تواند فركانس هاي اصلي سيستم را به درستي پيش بيني كند. در تمام چگالي ها نيز اختلاف بين فركانس اصلي در تست ضربه چكش و موج ترمومكانيكي مقداري كمتر از 5 درصد بدست مي آيد.