بررسی پدیده انتشار موج در سازه های دو بعدی با استفاده از ماتریس سختی دینامیکی

• پایان نامه کارشناسی ارشد با عنوان: بررسی پدیده انتشار موج در سازه های دو بعدی با استفاده از ماتریس سختی دینامیکی  

• پژوهشگاه بین المللی زلزله و زلزله شناسی  

• استاد راهنما: دکتر محمود حسینی  

• پژوهشگر: محمد جواد جبارزاده  

• سال: 1379

• فرمت فایل: PDF و شامل 93 صفحه

چکیــــده:

با توجه به تقریب موجود در پاسخ تحلیل‌های دینامیکی متداول بخاطر تاثیر طول المان‌ها و نحوه توزیع جرم جهت رفع این تقریب برنامه‌ای تحت عنوان ‏‎WPS‎‏ بر اساس فرمولبندی ماتریس سختی دینامیکی تدوین شده است که با استفاده از تبدیل فوریه سریع (FFT)، تعیین پاسخ دینامیکی سازه های دوبعدی را در محدوده الاستیک خطی بطور دقیق ممکن می‌سازد. روش تحلیل مشتمل بر تجزیه رکورد ورودی بوسیله ‏‎FFT‎‏ به هارمونیکهای تشکیل دهنده آن و تشکیل ماتریس سختی دینامیکی سازه و در نهایت حل آن در هر فرکانس است. پس از آن با معکوس تبدیل فوریه سریع (‏‎FFT)‎‏ پاسخ هر نقطه از سازه در حوزه زمان بدست می‌آید. مزیت این فرمول بندی این است که تنها با استفاده از یک المان در مدلسازی اعضا پاسخ دینامیکی سازه با دقت قابل محاسبه است و دیگر لزومی ندارد مانند روش‌های معمولی برای بدست آوردن جواب های دقیق‌تر از تعداد المان‌های بیشتری در مدلسازی هر عضو استفاده شود. به این ترتیب به کمک این نرم افزار ارایه شده این امکان فراهم می‌شود که میزان دقت تحلیل‌های متداول دینامیکی تحت مطالعه قرار گیرند و نشان داده می‌شود که در تحلیل‌های متداول تعداد المان‌های تشکیل دهنده هر عضو سازه برای بدست آوردن دقت مناسب در پاسخ‌ها وابسته به محتوای فرکانسی تحریک ورودی و مشخصات فیزیکی سازه هستند.

از طرف دیگر با توجه به تغییر رفتار فولاد نرم به ترد در بارگذاری‌های سریع لزوم استفاده از یک روش دقیق در بررسی نرخ‌های کرنش ایجاد شده در سازه حایز اهمیت است. به کمک نرم افزار ‏‎WPS‎‏ و استفاده از رکورد جابجایی زلزله ‏‎Northridge‎‏ که نمونه‌هایی از شکست ترد فولاد در آن مشاهده شده است، نرخ کرنش در المان‌های چند قاب نمونه مشتمل بر یک قاب هشت طبقه خمشی و سه قاب چهار طبقه بادبندی و خمشی با دهانه‌های متفاوت مطالعه شده و نشان داده شده است که اندازه بازه زمانی ورودی و طول اعضا سازه بر مقدار کرنش ایجاد شده تاثیر گذار است. به این ترتیب می‌توان الگوی آسیب دیدگی ناشی از شکست ترد دراثر سرعت‌های زیاد بارگذاری در سازه‌های فولادی را پیش بینی کرد.

 از طریق یکی از لینک‌های زیر می‌توانید اقدام به دریافت فایل نمونه کنید: 

برای دریافت نمونه نمایشی شامل 20 صفحه نخست پایان نامه کلیک کنید.

برای مشاهده آنلاین و دریافت فایل نمونه کلیک کنید.

______________________________

** توجه: خواهشمندیم در صورت هرگونه مشکل در روند خرید و دریافت فایل از طریق بخش پشتیبانی در سایت مشکل خود را گزارش دهید. **

** توجه: در صورت مشکل در باز شدن فایل PDF ، نام فایل را به انگلیسی Rename کنید. **

** درخواست پایان نامه:

با ارسال عنوان پایان نامه درخواستی خود به ایمیل [e-mail] پس از قرار گرفتن پایان نامه در سایت به راحتی اقدام به خرید و دریافت پایان نامه مورد نظر خود نمایید. **

پایان نامه مدلسازی و آنالیز خواص مکانیکی نانولوله های کربنی

شلینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

 

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

 

تعداد صفحه:207

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                            صفحه

فهرست علائم.. ر

فهرست جداول.. ز

فهرست اشکال.. س

چکیده.. 1

فصل اول..

مقدمه نانو.. 3

1-1 مقدمه.. 4

   1-1-1 فناوری نانو.. 4

1-2 معرفی نانولوله‌های کربنی.. 5

   1-2-1 ساختار نانو لوله‌های کربنی.. 5

   1-2-2 کشف نانولوله.. 7

1-3 تاریخچه.. 10

فصل دوم..

خواص و کاربردهای نانو لوله های کربنی.. 14

2-1 مقدمه.. 15

2-2 انواع نانولوله‌های کربنی.. 16

   2-2-1 نانولوله‌ی کربنی تک دیواره (SWCNT). 16

   2-2-2 نانولوله‌ی کربنی چند دیواره (MWNT). 19

2-3 مشخصات ساختاری نانو لوله های کربنی.. 21

   2-3-1 ساختار یک نانو لوله تک دیواره.. 21

   2-3-2 طول پیوند و قطر نانو لوله کربنی تک دیواره.. 24

2-4 خواص نانو لوله های کربنی.. 25

   2-4-1 خواص مکانیکی و رفتار نانو لوله های کربن.. 29

      2-4-1-1 مدول الاستیسیته.. 29

       2-4-1-2 تغییر شکل نانو لوله ها تحت فشار هیدرواستاتیک.. 33

       2-4-1-3 تغییر شکل پلاستیک و تسلیم نانو لوله ها.. 36

2-5 کاربردهای نانو فناوری.. 39

   2-5-1 کاربردهای نانولوله‌های کربنی.. 40

       2-5-1-1 کاربرد در ساختار مواد.. 41

       2-5-1-2 کاربردهای الکتریکی و مغناطیسی.. 43

       2-5-1-3 کاربردهای شیمیایی.. 46

       2-5-1-4 کاربردهای مکانیکی.. 47

فصل سوم..

روش های سنتز نانو لوله های کربنی .. 55

3-1 فرایندهای تولید نانولوله های کربنی.. 56

   3-1-1 تخلیه از قوس الکتریکی.. 56

   3-1-2 تبخیر/ سایش لیزری.. 58

   3-1-3 رسوب دهی شیمیایی بخار به کمک حرارت(CVD). 59

   3-1-4 رسوب دهی شیمیایی بخار به کمک پلاسما (PECVD ).. 61

   3-1-5 رشد فاز بخار.. 62

   3-1-6 الکترولیز.. 62

   3-1-7 سنتز شعله.. 63

   3-1-8 خالص سازی نانولوله های کربنی.. 63

3-2 تجهیزات.. 64

   3-2-1 میکروسکوپ های الکترونی.. 66

   3-2-2 میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM). 67

   3-2-3 میکروسکوپ الکترونی پیمایشی یا پویشی (SEM). 68

   3-2-4 میکروسکوپ های پروب پیمایشگر (SPM). 70

       3-2-4-1 میکروسکوپ های نیروی اتمی (AFM). 70

       3-2-4-2 میکروسکوپ های تونل زنی پیمایشگر (STM). 71

فصل چهارم..

شبیه سازی خواص و رفتار نانو لوله های کربنی بوسیله روش های پیوسته   73

4-1 مقدمه.. 74

4-2 مواد در مقیاس نانو.. 75

   4-2-1 مواد محاسباتی.. 75

   4-2-2 مواد نانوساختار.. 76

4-3 مبانی تئوری تحلیل مواد در مقیاس نانو.. 77

   4-3-1 چارچوب های تئوری در تحلیل مواد.. 77

       4-3-1-1 چارچوب محیط پیوسته در تحلیل مواد.. 77

4-4 روش های شبیه سازی.. 79

   4-4-1 روش دینامیک مولکولی.. 79

   4-4-2 روش مونت کارلو.. 80

   4-4-3 روش محیط پیوسته.. 80

   4-4-4 مکانیک میکرو.. 81

   4-4-5 روش المان محدود (FEM). 81

   4-4-6 محیط پیوسته مؤثر.. 81

4-5 روش های مدلسازی نانو لوله های کربنی.. 83

   4-5-1 مدلهای مولکولی.. 83

       4-5-1-1 مدل مکانیک مولکولی ( دینامیک مولکولی).. 83

       4-5-1-2 روش اب انیشو.. 86

       4-5-1-3 روش تایت باندینگ.. 86

       4-5-1-4 محدودیت های مدل های مولکولی.. 87

   4-5-2 مدل محیط پیوسته در مدلسازی نانولوله ها.. 87

       4-5-2-1 مدل یاکوبسون.. 88

       4-5-2-2 مدل کوشی بورن.. 89

       4-5-2-3 مدل خرپایی.. 89

       4-5-2-4 مدل قاب فضایی.. 92

4-6 محدوده کاربرد مدل محیط پیوسته.. 95

   4-6-1 کاربرد مدل پوسته پیوسته.. 97

   4-6-2 اثرات سازه نانولوله بر روی تغییر شکل.. 97

   4-6-3 اثرات ضخامت تخمینی بر کمانش نانولوله.. 98

   4-6-4 اثرات ضخامت تخمینی بر کمانش نانولوله.. 99

   4-6-5 محدودیتهای مدل پوسته پیوسته.. 99

       4-6-5-1 محدودیت تعاریف در پوسته پیوسته.. 99

      4-6-5-2 محدودیت های تئوری کلاسیک محیط پیوسته.. 99

   4-6-6 کاربرد مدل تیر پیوسته .. 100

فصل پنجم..

مدل های تدوین شده برای شبیه سازی رفتار نانو لوله های کربنی .. 102

5-1 مقدمه.. 103

5-2 نیرو در دینامیک مولکولی.. 104

   5-2-1 نیروهای بین اتمی.. 104

       5-2-1-1 پتانسیلهای جفتی.. 105

       5-2-1-2 پتانسیلهای چندتایی.. 109

   5-2-2 میدانهای خارجی نیرو.. 111

5-3 بررسی مدل های محیط پیوسته گذشته.. 111

5-4 ارائه مدل های تدوین شده برای شبیه سازی نانولوله های کربنی.. 113

   5-4-1 مدل انرژی- معادل.. 114

       5-4-1-1 خصوصیات محوری نانولوله های کربنی تک دیواره.. 115

       5-4-1-2 خصوصیات محیطی نانولوله های کربنی تک دیواره.. 124

   5-4-2 مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS. 131

       5-4-2-1 تکنیک عددی بر اساس المان محدود.. 131

       5-4-2-2 ارائه 3 مدل تدوین شده اجزاء محدود توسط نرم افزار ANSYS  141

   5-4-3 مدل اجزاء محدود بوسیله کد عددی تدوین شده توسط نرم افزار MATLAB   155

       5-4-3-1 مقدمه.. 155

       5-4-3-2 ماتریس الاستیسیته.. 157

       5-4-3-3 آنالیز خطی و روش اجزاء محدود برپایه جابجائی.. 158

       5-4-3-4 تعیین و نگاشت المان.. 158

       5-4-3-5 ماتریس کرنش-جابجائی.. 161

       5-4-3-6 ماتریس سختی برای یک المان ذوزنقه ای.. 162

       5-4-3-7 ماتریس سختی برای یک حلقه کربن.. 163

       5-4-3-8 ماتریس سختی برای یک ورق گرافیتی تک لایه.. 167

       5-4-3-9 مدل پیوسته به منظور تعیین خواص مکانیکی ورق گرافیتی تک لایه   168

فصل ششم..

نتایج.. 171

6-1 نتایج حاصل از مدل انرژی-معادل.. 172

   6-1-1 خصوصیات محوری نانولوله کربنی تک دیواره.. 173

   6-1-2 خصوصیات محیطی نانولوله کربنی تک دیواره.. 176

6-2 نتایج حاصل از مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS. 181

   6-2-1 نحوه مش بندی المان محدود نانولوله های کربنی تک دیواره در نرم افزار ANSYS و ایجاد ساختار قاب فضایی و مدل سیمی به کمک نرم افزار ]54MATLAB [  182

   6-2-2 اثر ضخامت بر روی مدول الاستیک نانولوله های کربنی تک دیواره   192

6-3 نتایج حاصل از مدل اجزاء محدود بوسیله کد تدوین شده توسط نرم افزار MATLAB   196

فصل هفتم..

نتیجه گیری و پیشنهادات .. 203

7-1 نتیجه گیری.. 204

7-2 پیشنهادات.. 206

فهرست مراجع 207

چکیده

از آنجائیکه شرکت های بزرگ در رشته نانو فناوری مشغول فعالیت هستند و رقابت بر سر عرصه محصولات جدید شدید است و در بازار رقابت، قیمت تمام شده محصول، یک عامل عمده در موفقیت آن به شمار می رود، لذا ارائه یک مدل مناسب که رفتار نانولوله های کربن را با دقت قابل قبولی نشان دهد و همچنین استفاده از آن توجیه اقتصادی داشته باشد نیز یک عامل بسیار مهم است. به طور کلی دو دیدگاه برای بررسی رفتار نانولوله های کربنی وجود دارد، دیدگاه دینامیک مولکولی و محیط پیوسته. دینامیک مولکولی با وجود دقت بالا، هزینه های بالای محاسباتی داشته و محدود به مدل های کوچک می باشد. لذا مدل های دیگری که حجم محاسباتی کمتر و توانایی شبیه سازی سیستمهای بزرگتر را با دقت مناسب داشته باشند بیشتر توسعه یافته اند.

پیش از این بر اساس تحلیل های دینامیک مولکولی و اندرکنش های بین اتم ها، مدلهای محیط پیوسته، نظیر مدلهای خرپایی، مدلهای فنری، قاب فضایی، بمنظور مدلسازی نانولوله ها، معرفی شده اند. این مدلها، بدلیل فرضیاتی که برای ساده سازی در استفاده از آنها لحاظ شده اند، قادر نیستند رفتار شبکه کربنی در نانولوله های کربنی را بطور کامل پوشش دهند.

در این پایان نامه از ثوابت میدان نیرویی بین اتمها و انرژی کرنشی و پتانسیل های موجود برای شبیه سازی رفتار نیرو های بین اتمی استفاده شده و به بررسی و آنالیز رفتار نانولوله های کربنی از چند دیدگاه مختلف می پردازیم، و مدل های تدوین شده را به شرح زیر ارائه می نمائیم:

مدل انرژی- معادلمدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYSمدل اجزاء محدود بوسیله کد عددی تدوین شده توسط نرم افزار MATLABدر مدل اجزاء محدود بوسیله نرم افزار ANSYS ، به منظور انجام محاسبات عددی، نانو لوله کربنی با یک مدل ساختاری معادل جایگزین می شود.اثرات قطر و ضخامت دیواره بر روی رفتار مکانیکی هر دو نوع نانو لوله های کربنی تک دیواره و صفحه گرافیتی تک لایه مورد بررسی قرار گرفته است. مشاهده می شود که مدول الاستیک برای هر دو نوع نانو لوله های کربنی تک دیواره با افزایش قطر لوله بطور یکنواخت افزایش و با افزایش ضخامت نانولوله، کاهش می یابد. اما نسبت پواسون با افزایش قطر ،کاهش می یابد. همچنین منحنی تنش-کرنش برای نانولوله تک دیواره صندلی راحتی پیش بینی و تغییرات رفتار آنها مقایسه شده است. نشان داده شده که خصوصیات صفحه ای در جهت محیطی و محوری برای هر دو نوع نانو لوله کربنی و همچنین اثرات قطر و ضخامت دیواره نانو لوله کربنی بر روی آنها یکسان می باشد. نتایج به دست آمده در مدل های مختلف یکدیگر را تایید می کنند، و نشان می دهند که هر چه قطر نانو لوله افزایش یابد، خواص مکانیکی نانولوله های کربنی به سمت خواص ورقه گرافیتی میل می کند.نتایج این تحقیق تطابق خوبی را با نتایج گزارش شده نشان می دهد.در مدل اجزاء محدود سوم، کد عددی توسط نرم افزار MATLAB تدوین شده که از روش اجزاء محدود برای محاسبه ماتریس سختی برای یک حلقه شش ضلعی کربن، و تعمیم و روی هم گذاری آن برای محاسبه ماتریس سختی کل صفحه گرافیتی، استفاده شده است. مدل های تدوین شده به منظور بررسی خصوصیات مکانیکی نانولوله کربنی تک دیواره بکار گرفته شده است. در روش انرژی- معادل، انرژی پتانسیل کل مجموعه و همچنین انرژی کرنشی نانو لوله کربنی تک دیواره بکار گرفته می شود. خصوصیات صفحه ای الاستیک برای نانو لوله های کربنی تک دیواره برای هر دو حالت صندلی راحتی و زیگزاگ در جهت های محوری و محیطی بدست آمده است.