دانشگاه صنعتی شاهرود

دانشکده مکانیک

گروه طراحی جامدات

شبیه­ سازی عددی قابلیت جذب انرژی نانولوله کربنی تحت ضربه بالستیک

اساتید راهنما :

دکتر محمود شریعتی

دکتر حمیدرضا ایپک­چی

پایان نامه ارشد جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد

بهمن ماه 1392

چکیده

     نانولوله­ کربنی را می­توان شگفت­انگیز­ترین ماده نانوساختار کشف‌شده تاکنون دانست. ویژگی­های منحصربه‌فردی نظیر استحکام بالا، وزن سبک و قابلیت جذب انرژی بالا باعث شده این ماده به تازگی مورد توجه دانشمندان در ساخت جلیقه­های ضدگلوله قرار گیرد. در این پایان­نامه از مدلی ساختاری در محیط نرم‌افزار آباکوس برای تحلیل رفتار مکانیکی نانولوله کربنی تحت ضربه بالستیک استفاده شده است. در این مدل ساختاری از رابط­های غیرخطی برای مدل کردن برهمکنش­های پیوندی کشش و پیچش و همچنین از المان فنر غیرخطی محوری برای مدل کردن برهمکنش پیوندی تغییر زاویه استفاده شده است. از مزیت­های این روش، اجرا شدن آن در فضای CAE نرم­افزار آباکوس    می­باشد. این امر باعث می­شود که برای تحلیل رفتار مکانیکی نانولوله­های کربنی تحت شرایط مختلف مرزی و بارگذاری نیاز به برنامه­نویسی نداشته باشیم و هر قابلیتی که نرم‌افزار در تحلیل مسائل مکانیکی داشته باشد را بتوان بر روی نانولوله اعمال کرد. در این پایان­نامه فرایند ضربه توسط جسم صلبی با جرم مشخص به عنوان گلوله، شبیه­سازی شده است. تأثیر پارامترهای گوناگونی مانند هندسه، نوع و شرایط مرزی نانولوله کربنی، محل اصابت گلوله به نانولوله کربنی و زاویه برخورد آن در رفتار مکانیکی نانولوله کربنی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تأثیر عیوب مختلف در نانولوله کربنی در میزان جذب انرژی آن تحت ضربه بررسی شده است. در انتها با توجه به اینکه در بررسی پارامترهای مذکور، گلوله از لحاظ هندسی با توجه به مطالعات گذشته طراحی شده، با تغییر هندسه گلوله رفتار نانولوله تحت ضربه بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان می­دهد که در نانولوله کربنی دو سر ثابت انرژی جذب شده زمانی که گلوله به وسط نانولوله کربنی اصابت می­کند بیشینه می­شود؛ در حالی که در حالت یک سرگیردار در ارتفاع نسبی 0.6=z  این مقدار بیشینه می­گردد. با افزایش زاویه گلوله نسبت به افق جذب انرژی نانولوله کربنی کاهش می­یابد. در نانولوله کربنی معیوب، میزان جذب انرژی کاهش یافته که این کاهش در عیب استون- والز بیشتر از عیوب تهی­جای می­باشد.

کلمات کلیدی: نانولوله­ کربنی، مدل مکانیک ساختاری، آباکوس، ضربه، انرژی

فهرست مطالب

فصل1: مقدمه.. 1

فصل2: مروری بر مطالعات پیشین… 7

2-1 مقدمه. 8

2-2 مطالعات پیشین.. 9

2-2-1 پروانه و همکاران(2009) 9

2-2-2 پروانه و شریعتی(2010) 10

2-2-3 خلیلی و حق­بین(2012) 11

2-2-4 ژانگ و میلواگنام(2006) 12

2-2-5 ژانگ و میلواگنام(2007) 13

فصل3: نانولوله کربنی… 15

3-1 مقدمه. 16

3-2 کشف نانولوله کربنی.. 16

3-3 ساختار نانولوله کربنی.. 17

3-4 برهمکنش­ها و پتانسیل­های موجود در نانولوله کربنی.. 20

3-4-1 برهمکنش کشش پیوند. 21

3-4-2 برهمکنش خمش زاویه­ای پیوند(تغییر زاویه) 22

3-4-3 برهمکنش پیچش دوسطحی.. 23

3-4-4 برهمکنش پیچش خارج صفحه­ای.. 23

3-4-5 برهمکنش واندروالس…. 24

3-4-6 برهمکنش الکترواستاتیک…. 25

3-5 ویژگی­های نانولوله کربنی.. 26

3-6 مدل‌سازی نانولوله کربنی.. 27

3-6-1 مقدمه. 27

3-6-2 مدل‌سازی مولکولی.. 28

3-6-2-1 روش دینامیک مولکولی.. 29

3-6-2-2 روش­های پایه. 30

3-6-3 مدل‌سازی پیوسته. 31

3-6-4 مدل‌سازی مکانیک ساختاری.. 31

3-6-4-1 مدل اودگارد. 32

3-6-4-2 مدل لی و چو. 33

3-6-4-3 مدل هو. 34

3-6-4-4 مدل معو و روسی.. 35

3-6-4-5 مدل ساختاری جدید. 36

فصل4: رفتار مکانیکی نانولوله­ کربنی تحت ضربه.. 43

4-1 مقدمه. 44

4-2 شبیه­سازی ضربه روی نانولوله کربنی.. 45

4-2-1 بررسی صحت مدل وشبیه­سازی.. 50

4-2-2 زاویه گلوله. 60

4-2-3 قطر نانولوله کربنی.. 66

4-2-4 طول نانولوله کربنی.. 69

4-2-5 نوع نانولوله کربنی.. 72

4-2-6 تأثیر عیوب بر روی رفتار مکانیکی نانولوله کربنی تحت ضربه. 76

4-2-7 هندسه گلوله. 84

4-2-8 بررسی تأثیر خطای مدل­سازی در تحقیق حاضر. 89

فصل5: نتیجه­گیری و پیشنهادات…. 91

5-1 نتیجه­گیری.. 92

5-2 پیشنهادات… 93

مراجع…………………………………………………………………………………………………………………………………………………94

فهرست اشکال

شکل (‏2‑1): مدول یانگ نانولوله کربنی تک­جداره به عنوان تابعی از نسبت ظاهری نانولوله. 10

شکل (‏2‑2): نانوکامپوزیت شبیه­سازی شده در آباکوس، شامل نانولوله و ماتریس…. 11

شکل (‏2‑3): مدل اولیه نانولوله کربنی (الف): دو سر گیردار و (ب): یک سر گیردار 12

شکل (‏2‑4): ارتباط میان جذب انرژی و ارتفاع نسبی محل برخورد گلوله در نانولوله کربنی یک سر گیردار به قطر 75_/0 نانومتر  13

شکل (‏2‑5): انرژی جذب‌ شده نرماله شده توسط نانولوله کربنی با سه قطر مختلف بر حسب ارتفاع نسبی محل  برخورد گلوله  14

براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد 

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: