ارتعاشات اجباری استوانه های هدفمندتقویت شده با نانولوله های کربنی منحنی شکل به روش بدون المان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد خمینی شهر، ایران

2 مربی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه جیرفت، جیرفت، ایران

چکیده

در این مقاله، ارتعاشات اجباری استوانه‏های هدفمندتقویت‌شده با نانولوله­های کربنی منحنی شکل، تحت‌فشار داخلی وابسته به زمان به روش بدون المان بررسی‌شده است. در این روش بدون المان از توابع شکل MLS برای تقریب میدان جابجایی در فرم ضعیف معادله حرکت استفاده می­شود. نانو کامپوزیت‌های بکار رفته، ترکیبی از نانولوله­های کربنی تک جداره منحنی شکل و یک ماده پس­زمینه ایزوتروپیک است که خواص مکانیکی آن‌ها بر پایه‌یک رابطه میکرومکانیکی و با استفاده از قانون اختلاط تخمین زده‌شده است؛ اما ازآنجایی‌که روابط در سطح میکرو قادر به بیان اختلاف بین نانو و میکرو نمی­باشد لذا به کمک پارامترهای تصحیحی این مشکل مرتفع شده است. برای تعیین رفتار ارتعاشی، یک مدل متقارن محوری بکار گرفته‌شده که در آن برای توزیع نانولوله­ها در راستای شعاع، سه مدل خطی هدفمند و یک مدل توزیع یکنواخت در نظر گرفته‌شده است. در این مقاله، ابتدا نتایج دینامیکی حاصل از روش بدون المان و نوع تقریب خواص مکانیکی نانو کامپوزیت با نتایج روش­های المان محدود، تحلیلی و آزمایشگاهی مقایسه و مطابقت بسیار خوبی مشاهده‌شده و پس‌ازآن تأثیر نوع توزیع، ضریب منظری (نسبت طول به قطر)، انحنا و کسر حجمی نانولوله­ها بر ارتعاشات استوانه­های نانو کامپوزیتی هدفمند تقویت‌شده با نانولوله­های کربنی بررسی‌شده است و مشاهده شد که انحنا و کسر حجمی نانولوله­ها تأثیر مهمی بر رفتار ارتعاشی این استوانه­ها دارد.

کلیدواژه‌ها


[1]                 Iijima S., Helical microtubules of graphitic carbon, Nature, Vol. 354, pp. 56–8, 1991.
[2]                 Wagner, H.D., Lourie, O., Feldman, Y., Tenne R., Stress-induced fragmentation of multiwall carbon nanotubes in a polymer matrix, Applied Physics Letters, Vol. 72, pp. 188–90, 1997.
[3]                 Griebel M., Hamaekers J., Molecular dynamic simulations of the elastic moduli of polymer-carbon nanotube composites, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 193, pp. 1773–88, 2004.
[4]                 Song, Y.S., Youn, J.R., Modeling of effective elastic properties for polymer based carbon nanotube composites, Polymer, Vol. 47, pp. 1741–8, 2006.
[5]                 Han Y., Elliott J., Molecular dynamics simulations of the elastic properties of polymer/carbon nanotube composites, Computational Materials Science, Vol. 39, pp. 315–23, 2007.
[6]                 Zhu R., Pan E., Roy A.K., Molecular dynamics study of the stress–strain behavior of carbon-nanotube reinforced Epon 862 composites, Materials Science and Engineering A, Vol. 447, pp. 51–7, 2007.
[7]                 Manchado M.A.L., Valentini L., Biagiotti J., Kenny J.M., Thermal and mechanical properties of singlewalled carbon nanotubes-polypropylene composites prepared by melt processing, Carbon, Vol. 43, pp. 1499–505, 2005.
[8]                 Qian D., Dickey E.C., Andrews R., Rantell, T., Load transfer and deformation mechanisms in carbon nanotube–polystyrene composites, Applied Physics Letters, Vol. 76, pp. 2868–70, 2000.
[9]                 Shen H.S., Postbuckling of nanotube-reinforced composite cylindrical shells in thermal environments, Part I: Axially-loaded shells, Composite Structures, Vol. 93, pp. 2096–108, 2011.
[10]              Heshmati M., Yas M.H., Dynamic analysis of functionally graded multi-walled carbon nanotube-polystyrene nanocomposite beams subjected to multi-moving loads, Materials & Design, Vol. 49, pp. 894-904, 2013.
[11]              Alibeigloo A., Free vibration analysis of functionally graded carbon nanotube-reinforced composite cylindrical panel embedded in piezoelectric layers by using theory of elasticity, European Journal of Mechanics-A/Solids, Vol. 44, pp. 104-115, 2014.
[12]              Yas M.H., Pourasghar A., Kamarian S., Heshmati M., Three-dimensional free vibration analysis of functionally graded nanocomposite cylindrical panels reinforced by carbon nanotube, Materials & Design, Vol. 49, pp. 583-590, 2013.
[13]              Lei ZX, Liew KM, Yu JL. Free vibration analysis of functionally graded carbon nanotube reinforced composite plates using the element-free kp -Ritz method in thermal environment, Composite Structures, Vol. 106, pp. 128-138, 2013.
[14]              Ghayoumizadeh H., Shahabian F., Hosseini S.M., Elastic wave propagation in a functionally graded nanocomposite reinforced by carbon nanotubes employing meshless local integral equations (LIEs), Engineering Analysis with Boundary Elements, Vol. 37, pp. 1524–31, 2013.
[15]              Moradi-Dastjerdi R., Foroutan M., Pourasghar A., Sotoudeh-Bahreini R., Static analysis of functionally graded carbon nanotube-reinforced composite cylinders by a mesh-free method, J Reinf Plast Compos, Vol. 32, pp. 593-601, 2013.
[16]              Moradi-Dastjerdi R., Foroutan M., Pourasghar A., Dynamic analysis of functionally graded nanocomposite cylinders reinforced by carbon nanotube by a mesh-free method, Material & Design, Vol. 44, 256-66, 2013.
[17]              Jam J.E., Pourasghar A., Kamarian S., The effect of the aspect ratio and waviness of CNTs on the vibrational behavior of functionally graded nanocomposite cylindrical panels, Polymer Composites, Vol. 33, pp. 2036-44, 2012.
[18]              Moradi-Dastjerdi R., Pourasghar A., Foroutan M., Bidram M., Vibration analysis of functionally graded nanocomposite cylinders reinforced by wavy carbon nanotube based on mesh-free method, Journal of Composite Materials, Vol. 48, pp. 1901–13, 2014.
[19]              Shams S., Soltani B., The Effects of Carbon Nanotube Waviness and Aspect Ratio on the Buckling Behavior of Functionally Graded Nanocomposite Plates Using a Meshfree Method, Polymer Composites, 2015. doi:10.1002/pc.
[20]              Shen H.S., Nonlinear bending of functionally graded carbon nanotube reinforced composite plates in thermal environments, Composite Structures, Vol. 91, pp. 9–19, 2009.
[21]              Martone Faiella G., Antonucci V., Giordano M, Zarrelli M., The effect of the aspect ratio of carbon nanotubes on their effective reinforcement modulus in an epoxy matrix, Composites Science and Technology, Vol. 71, pp. 1117–23, 2011.
[22]              Shen H.S., Zhang C.L., Thermal buckling and postbuckling behavior of functionally graded carbon nanotube-reinforced composite plates, Material & Design, Vol. 31, pp. 3403–11, 2010.
[23] Hosseini S.M., Akhlaghi M., Shakeri M., Dynamic response and radial wave propagation velocity in thick hollow cylinder made of functionally graded materials, International Journal for Computer-Aided Engineering and Software, Vol. 24, pp. 288-303, 2007.