تحليل ضربه در نانو ورق گرافن مستطيلي الاستيك بر اساس تئوري غيرمحلي

دكتري

رساله حاضر شامل بررسي ديناميك ضربه الاستيك در نانو ورق مستطيلي توسط گلوله در مقياس نانو است. در به‌دست آوردن روابط حاكم بر ورق از تئوري غير محلي استفاده شده كه همراه با فرضيات تئوري كلاسيك ورق در استخراج روابط جابجايي ورق به‌كار رفته‌اند. سپس، روابط تعامد مودهاي ارتعاشي براي ورق تحت كشش استخراج گرديده‌اند و با استفاده از آنها، روابط مودال غير كوپل نظير مودهاي ارتعاشي براي پاسخ ورق به نيروي خارجي و نيروي ضربه ارايه گرديده‌اند. در برخورد گلوله به ورق، راستاي حركت گلوله به صورت عمود بر ورق در نظر گرفته شده و با توجه به اينكه قوانين تماس رايج در مسايل ضربه ماكرو قابل استفاده در مسايل نانو نيستند، در پروژه حاضر قانون تماس متناسب با شرايط مساله استخراج شده است. در استخراج قانون تماس كه شامل رابطه نيروي برهم‌كنش گلوله و ورق است، از معادله لنارد- جونز بهره گرفته شده كه رابطه رايج در توصيف نيروهاي غيرپيوندي غيرقطبي وان‌دروالس در مقياس نانو است. با استفاده از اين معادله، روابط تحليلي براي هندسه‌هاي مختلف گلوله شامل گلوله كوچك، گلوله بزرگ و گلوله توخالي ارايه شده است كه با بهره گرفتن از روش ديناميك مولكولي، نتايج به‌دست آمده انطباق مناسبي را با نتايج شبيه‌سازي نشان داده‌اند. با در دست داشتن رابطه نيروي تماس بر حسب فاصله نسبي گلوله و ورق، رابطه جابجايي ورق و رابطه جابجايي گلوله، از روشهاي عددي براي حل توام اين سه رابطه غير خطي كوپل استفاده شده كه جابجايي‌ها و سرعتهاي نظير ورق و گلوله و همچنين نيروي تماس را به‌دست مي‌دهد. به‌عنوان مثالهايي از روش ارايه شده، برخورد ذره با ورق گرافن تك‌لايه با شرايط مرزي ساده در حالتهاي با و بدون كشش داخل صفحه بررسي شده و تاثير پارامترهاي سرعت اوليه گلوله، كشش داخل صفحه و ضريب غيرمحلي تحليل شده است. همچنين، به منظور تاييد نتايج تحليلي به‌دست آمده، مساله برخورد ذره فولرن به گرافن تك‌لايه با استفاده از روش شبيه‌سازي مولكولي مدل و تحليل شده و انطباق نتايج حاصل از دو روش بررسي شده است. به‌رغم تفاوت اساسي روش تحليلي حاضر با شبيه‌سازي مولكولي و همچنين منابع مختلف خطا ناشي از ماهيت گذراي مساله، نشان داده شده است كه انطباق مناسبي بين دو روش وجود دارد. به‌عنوان يك كاربرد مساله مورد بررسي، ظرفيت گرافن تك‌لايه در جذب ذره خارجي يا ميرا كردن بخش قابل توجهي از انرژي جنبشي آن مورد بررسي قرار گرفته است. واژه‌هاي كليدي: ضربه؛ نانو ورق گرافن؛ تئوري غير محلي؛ شبيه‌سازي مولكولي.

191943

دانشگاه علم و صنعت ايران

ديناميك، كنترل و ارتعاشات

دكتر شاهرخ حسيني هاشمي