پایان نامه مدلسازی و آنالیز خواص مکانیکی نانولوله های کربنی شلينک پرداخت و دانلود *پايين مطلب* فرمت فايل:Word (قابل ويرايش و آماده پرينت) 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 معرفي نانولوله هاي كربني.. 5 1-2-1 ساختار نانو لوله هاي كربني.. 5 1-2-2 كشف نانولوله.. 7 1-3 تاريخچه.. 10 فصل دوم.. خواص و کاربردهای نانو لوله های کربنی.. 14 2-1 مقدمه.. 15 2-2 انواع نانولوله هاي كربني.. 16 2-2-1 نانولوله ي كربني تك ديواره (SWCNT). 16 2-2-2 نانولوله ي كربني چند ديواره (MWNT). 19 2-3 مشخصات ساختاري نانو لوله هاي کربني.. 21 2-3-1 ساختار يک نانو لوله تک ديواره.. 21 2-3-2 طول پيوند و قطر نانو لوله کربني تک ديواره.. 24 2-4 خواص نانو لوله هاي کربني.. 25 2-4-1 خواص مکانيکي و رفتار نانو لوله هاي کربن.. 29 2-4-1-1 مدول الاستيسيته.. 29 2-4-1-2 تغيير شکل نانو لوله ها تحت فشار هيدرواستاتيک.. 33 2-4-1-3 تغيير شکل پلاستيک و تسليم نانو لوله ها.. 36 2-5 کاربردهاي نانو فناوري.. 39 2-5-1 کاربردهاي نانولوله هاي كربني.. 40 2-5-1-1 كاربرد در ساختار مواد.. 41 2-5-1-2 كاربردهاي الكتريكي و مغناطيسي.. 43 2-5-1-3 كاربردهاي شيميايي.. 46 2-5-1-4 كاربردهاي مكانيكي.. 47 فصل سوم.. روش های سنتز نانو لوله های کربنی .. 55 3-1 فرايندهاي توليد نانولوله هاي کربني.. 56 3-1-1 تخليه از قوس الکتريکي.. 56 3-1-2 تبخير سايش ليزري.. 58 3-1-3 رسوب دهي شيميايي بخار به کمک حرارت(CVD). 59 3-1-4 رسوب دهي شيميايي بخار به کمک پلاسما (PECVD ).. 61 3-1-5 رشد فاز بخار.. 62 3-1-6 الکتروليز.. 62 3-1-7 سنتز شعله.. 63 3-1-8 خالص سازي نانولوله هاي كربني.. 63 3-2 تجهيزات.. 64 3-2-1 ميكروسكوپ هاي الكتروني.. 66 3-2-2 ميكروسكوپ الكتروني عبوري (TEM). 67 3-2-3 ميكروسكوپ الكتروني پيمايشي يا پويشي (SEM). 68 3-2-4 ميكروسكوپ هاي پروب پيمايشگر (SPM). 70 3-2-4-1 ميكروسكوپ هاي نيروي اتمي (AFM). 70 3-2-4-2 ميكروسكوپ هاي تونل زني پيمايشگر (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 مقياس نانو.. 75 4-2-1 مواد محاسباتي.. 75 4-2-2 مواد نانوساختار.. 76 4-3 مباني تئوري تحليل مواد در مقياس نانو.. 77 4-3-1 چارچوب هاي تئوري در تحليل مواد.. 77 4-3-1-1 چارچوب محيط پيوسته در تحليل مواد.. 77 4-4 روش هاي شبيه سازي.. 79 4-4-1 روش ديناميک مولکولي.. 79 4-4-2 روش مونت کارلو.. 80 4-4-3 روش محيط پيوسته.. 80 4-4-4 مکانيک ميکرو.. 81 4-4-5 روش المان محدود (FEM). 81 4-4-6 محيط پيوسته مؤثر.. 81 4-5 روش های مدلسازی نانو لوله های کربنی.. 83 4-5-1 مدلهای مولکولی.. 83 4-5-1-1 مدل مکانيک مولکولي ( ديناميک مولکولي).. 83 4-5-1-2 روش اب انيشو.. 86 4-5-1-3 روش تايت باندينگ.. 86 4-5-1-4 محدوديت هاي مدل هاي مولکولي.. 87 4-5-2 مدل محيط پيوسته در مدلسازي نانولوله ها.. 87 4-5-2-1 مدل ياکوبسون.. 88 4-5-2-2 مدل کوشي بورن.. 89 4-5-2-3 مدل خرپايي.. 89 4-5-2-4 مدل قاب فضايي.. 92 4-6 محدوده کاربرد مدل محيط پيوسته.. 95 4-6-1 کاربرد مدل پوسته پيوسته.. 97 4-6-2 اثرات سازه نانولوله بر روي تغيير شکل.. 97 4-6-3 اثرات ضخامت تخميني بر کمانش نانولوله.. 98 4-6-4 اثرات ضخامت تخميني بر کمانش نانولوله.. 99 4-6-5 محدوديتهاي مدل پوسته پيوسته.. 99 4-6-5-1 محدوديت تعاريف در پوسته پيوسته.. 99 4-6-5-2 محدوديت هاي تئوري کلاسيک محيط پيوسته.. 99 4-6-6 کاربرد مدل تير پيوسته .. 100 فصل پنجم.. مدل های تدوین شده برای شبیه سازی رفتار نانو لوله های کربنی .. 102 5-1 مقدمه.. 103 5-2 نيرو در ديناميک مولکولي.. 104 5-2-1 نيروهاي بين اتمي.. 104 5-2-1-1 پتانسيلهاي جفتي.. 105 5-2-1-2 پتانسيلهاي چندتايي.. 109 5-2-2 ميدانهاي خارجي نيرو.. 111 5-3 بررسي مدل هاي محيط پيوسته گذشته.. 111 5-4 ارائه مدل هاي تدوين شده براي شبيه سازي نانولوله هاي کربني.. 113 5-4-1 مدل انرژي- معادل.. 114 5-4-1-1 خصوصيات محوري نانولوله هاي کربني تک ديواره.. 115 5-4-1-2 خصوصيات محيطي نانولوله هاي کربني تک ديواره.. 124 5-4-2 مدل اجزاء محدود بوسيله نرم افزار ANSYS. 131 5-4-2-1 تکنيک عددي بر اساس المان محدود.. 131 5-4-2-2 ارائه 3 مدل تدوين شده اجزاء محدود توسط نرم افزار ANSYS 141 5-4-3 مدل اجزاء محدود بوسيله کد عددي تدوين شده توسط نرم افزار MATLAB 155 5-4-3-1 مقدمه.. 155 5-4-3-2 ماتريس الاستيسيته.. 157 5-4-3-3 آناليز خطي و روش اجزاء محدود برپايه جابجائي.. 158 5-4-3-4 تعيين و نگاشت المان.. 158 5-4-3-5 ماتريس کرنش-جابجائي.. 161 5-4-3-6 ماتريس سختي براي يک المان ذوزنقه اي.. 162 5-4-3-7 ماتريس سختي براي يک حلقه کربن.. 163 5-4-3-8 ماتريس سختي براي يک ورق گرافيتي تک لايه.. 167 5-4-3-9 مدل پيوسته به منظور تعيين خواص مکانيکي ورق گرافيتي تک لايه 168 فصل ششم.. نتایج.. 171 6-1 نتايج حاصل از مدل انرژي-معادل.. 172 6-1-1 خصوصيات محوري نانولوله کربني تک ديواره.. 173 6-1-2 خصوصيات محيطي نانولوله کربني تک ديواره.. 176 6-2 نتايج حاصل از مدل اجزاء محدود بوسيله نرم افزار ANSYS. 181 6-2-1 نحوه مش بندي المان محدود نانولوله هاي کربني تک ديواره در نرم افزار ANSYS و ايجاد ساختار قاب فضايي و مدل سيمي به کمک نرم افزار 54MATLAB 182 6-2-2 اثر ضخامت بر روی مدول الاستیک نانولوله های کربني تک ديواره 192 6-3 نتايج حاصل از مدل اجزاء محدود بوسيله کد تدوين شده توسط نرم افزار MATLAB 196 فصل هفتم.. نتیجه گیری و پیشنهادات .. 203 7-1 نتيجه گيري.. 204 7-2 پيشنهادات.. 206 فهرست مراجع 207 چکيده از آنجائيکه شرکت هاي بزرگ در رشته نانو فناوري مشغول فعاليت هستند و رقابت بر سر عرصه محصولات جديد شديد است و در بازار رقابت، قيمت تمام شده محصول، يک عامل عمده در موفقيت آن به شمار مي رود، لذا ارائه يک مدل مناسب که رفتار نانولوله هاي کربن را با دقت قابل قبولي نشان دهد و همچنين استفاده از آن توجيه اقتصادي داشته باشد نيز يک عامل بسيار مهم است. به طور کلي دو ديدگاه براي بررسي رفتار نانولوله هاي کربني وجود دارد، ديدگاه ديناميک مولکولي و محیط پيوسته. ديناميک مولکولي با وجود دقت بالا، هزينه هاي بالاي محاسباتي داشته و محدود به مدل هاي کوچک مي باشد. لذا مدل هاي ديگري که حجم محاسباتي کمتر و توانايي شبيه سازي سيستمهاي بزرگتر را با دقت مناسب داشته باشند بيشتر توسعه يافته اند. پيش از اين بر اساس تحليل هاي ديناميک مولکولي و اندرکنش هاي بين اتم ها، مدلهاي محيط پيوسته، نظير مدلهاي خرپايي، مدلهاي فنري، قاب فضايي، بمنظور مدلسازي نانولوله ها، معرفي شده اند. اين مدلها، بدليل فرضياتي که براي ساده سازي در استفاده از آنها لحاظ شده اند، قادر نيستند رفتار شبکه کربني در نانولوله هاي کربني را بطور کامل پوشش دهند. در اين پایان نامه از ثوابت ميدان نيرويي بين اتمها و انرژي کرنشي و پتانسيل هاي موجود براي شبيه سازي رفتار نيرو هاي بين اتمي استفاده شده و به بررسي و آناليز رفتار نانولوله هاي کربني از چند ديدگاه مختلف مي پردازيم، و مدل هاي تدوين شده را به شرح زير ارائه مي نمائيم: ulli style= color: 000000; emمدل انرژي- معادلemliululli style= color: 000000; font-size: 12pt; مدل اجزاء محدود بوسيله نرم افزار ANSYSliululli style= color: 000000; font-size: 12pt; مدل اجزاء محدود بوسيله کد عددي تدوين شده توسط نرم افزار MATLABدر مدل اجزاء محدود بوسيله نرم افزار ANSYS ، به منظور انجام محاسبات عددي، نانو لوله کربني با يک مدل ساختاري معادل جايگزين مي شود.اثرات قطر و ضخامت ديواره بر روي رفتار مکانيکي هر دو نوع نانو لوله هاي کربني تک ديواره و صفحه گرافيتي تک لايه مورد بررسي قرار گرفته است. مشاهده مي شود که مدول الاستيک براي هر دو نوع نانو لوله هاي کربني تک ديواره با افزايش قطر لوله بطور يکنواخت افزايش و با افزايش ضخامت نانولوله، کاهش مي يابد. اما نسبت پواسون با افزايش قطر ،کاهش مي يابد. همچنين منحني تنش-کرنش براي نانولوله تک ديواره صندلي راحتي پيش بيني و تغييرات رفتار آنها مقايسه شده است. نشان داده شده که خصوصيات صفحه اي در جهت محيطي و محوري براي هر دو نوع نانو لوله کربني و همچنين اثرات قطر و ضخامت ديواره نانو لوله کربني بر روي آنها يکسان مي باشد. نتايج به دست آمده در مدل هاي مختلف يکديگر را تاييد مي کنند، و نشان می دهند که هر چه قطر نانو لوله افزايش يابد، خواص مکانيکي نانولوله هاي کربني به سمت خواص ورقه گرافيتي ميل مي کند.liulolli style= color: 000000; font-size: 12pt; نتايج اين تحقیق تطابق خوبي را با نتايج گزارش شده نشان مي دهد.lili style= color: 000000; font-size: 12pt; در مدل اجزاء محدود سوم، كد عددي توسط نرم افزار MATLAB تدوين شده که از روش اجزاء محدود براي محاسبه ماتريس سختي براي يک حلقه شش ضلعي کربن، و تعميم و روي هم گذاري آن براي محاسبه ماتريس سختي کل صفحه گرافيتي، استفاده شده است. lili style= color: 000000; font-size: 12pt; مدل هاي تدوين شده به منظور بررسي خصوصيات مکانيکي نانولوله کربني تک ديواره بکار گرفته شده است. در روش انرژي- معادل، انرژي پتانسيل کل مجموعه و همچنين انرژي کرنشي نانو لوله کربني تک ديواره بکار گرفته مي شود. خصوصيات صفحه اي الاستيک براي نانو لوله هاي کربني تک ديواره براي هر دو حالت صندلي راحتي و زيگزاگ در جهت هاي محوري و محيطي بدست آمده است.liol