بررسي اثر مقياس كوچك بر ارتعاشات نانو لوله‌هاي كربني تك جداره در حضور نانو ذره متحرك

The Effect of Small Scale on the Vibrational Behavior of Single-walled Carbon Nanotubes with a Moving Nanoparticle

در اين مقاله به بررسي ارتعاشات آزاد نانو لوله كربني تك‌جداره و نيز پاسخ ديناميكي آن به ذره متحرك پرداخته شده است. از مدل پوسته استوانه‌اي غيرمحلي با در نظرگرفتن فرضيه تغيير شكل مرتبه اول برشي براي مدل‌سازي نانو لوله كربني روي تكيه‌گاه ساده استفاده شده است. پس از حل معادلات، نتايج با نتايج حاصل از شبيه سازي نانو لوله در نرم‌افزار اجزاي محدود مقايسه شده و تطابق بسيار بالايي ميان نتايج وجود دارد. در مرحله بعد پاسخ ديناميكي نانو لوله به ذره متحرك بررسي مي‌شود. براي ذره متحرك از مولكول C60 استفاده شده كه با سرعت ثابت از ميان نانو لوله عبور مي‌كند. فرض شده است نانو لوله در بستر الاستيك قرار دارد. اثر مقياس كوچك نيز به نيروي واندروالس ميان ذره و نانو لوله و همچنين سختي محيط اعمال شده است. از تابع ديناميكي گرين براي بررسي ديناميكي عبور ذره از ميان نانولوله استفاده مي‌شود. نتايج حاصل از اين بخش بوسيله پژوهش‌هاي پيشين صحت‌سنجي شده كه نشان دهنده صحت روابط بدست‌ آمده است. نتايج نشان داد اثر غيرمحلي باعث كاهش فركانس طبيعي و جابجايي ديناميكي نانو لوله مي‌گردد.

In this paper, free and forced vibration of single-walled carbon nanotube under moving nanoparticle are studied. To this end, Eringen’s nonlocal theory is applied to cylindrical shell equations with first order shear deformation effects. The SWCNT is assumed to be simply-supported at its ends. For validation of the theoretical results, the nanotube is simulated in the Ansys software for modal analysis. Comparison between the results of two methods shows good agreements. This means that the theoretical formulations are correct. In addition, the dynamic response of the SWCNT under moving nanoparticle is also studied. The C60 molecule is used as the nanoparticle to travel along the center of nanotube with constant velocity and the Van der Waals force between CNT and C60 molecule is considered. The CNT assumed to be lied on an elastic medium. The nonlocal effects applied to the foundation’s stiffness equations. The dynamic response of the SWCNT under the effect of C60 molecule are obtained using dynamic Green’s function and modal expansion. The obtained results show that nonlocal scale effect decreases the natural frequency and dynamic displacement of the CNT.