بررسی رفتار استاتیکی پیچشی نانومیله‌های محصور در محیط الاستیک با در نظر گرفتن اثر انرژی سطح

در این مقاله رفتار استاتیکی پیچشی نانومیله‌های محصور در محیط الاستیک با در نظر گرفتن اثر انرژی سطح (انرژی ناشی از مدول برشی سطحی و تنش سطحی) و تحت بارگذاری پیچشی خارجی بررسی شده است. بدین منظور، مولفه‌های تنش ناشی از انرژی سطح، با استفاده از نظریه الاستیسیته سطحی به‌دست آمده و سه نوع بارگذاری پیچشی خارجی، بارگذاری با دامنه یکنواخت، با دامنه خطی و با دامنه سینوسی، در نظر گرفته شده است. سپس، با استفاده از اصل همیلتون، معادله حاکم بر حرکت نانومیله استخراج شده است. معادلات حاکم در هر نوع بارگذاری نیز به ازای شرایط مرزی گیردارگیردار و گیردارآزاد به صورت تحلیلی حل شده است. اثر انرژی سطح و محیط الاستیک بر روی رفتار استاتیکی پیچشی نانومیله (جابه جایی‌های پیچشی) به ازای در نظر گرفتن مقادیر مختلف برای شعاع و طول نانومیله، و گشتاور خارجی بررسی شده است. به منظور جامعیت بخشیدن به نتایج، تاثیر مقدار و علامت مولفه‌های انرژی سطح نیز بر روی رفتار استاتیکی پیچشی نانومیله‌ها بررسی شده است. نتایج به‌دست آمده نشان می‌دهد که تاثیر انرژی سطح می‌تواند وابسته به عوامل هندسی و مقادیر و نوع علامت مولفه‌های آن باشد. نتایج این پژوهش می‌تواند در طراحی سامانه‌های نانوالکترومکانیکی مانند نانویاتاقان‌ها و سروو موتورهای دوار مفید باشد

Investigation of Torsional Static Behavior of Nanorods Embedded in Elastic Medium Considering Surface Energy Effect

In this paper, the torsional static behavior of nanorods under external torsional loads and embedded in elastic medium is investigated by considering the surface energy effect (the energy due to the surface shear modulus and the surface stress). For this purpose, surface stress components are obtained using the surface elasticity theory, and three types of external torsional loadings, uniform torque load, linear torque load, and sinusoidal torque load are considered. Then, the governing equation of motion of nanorod is derived using the Hamilton’s principle. The governing equation of motion is analytically solved for clampedclamped and clampedfree boundary conditions; and the surface energy effect on torsional static behavior of nanorod (rotational displacements) is investigated for various values of nanorod radius and length, and torsional torque. In order to complete the investigations, effects of value and sign of the surface energy components on torsional static behavior of nanorod are also considered. The obtained results show that the effect of the surface energy can be dependent on the geometrical parameters and the value and sign of the surface energy components. Results of the present study can be useful in design of nanoelectromechanical systems like nanobearings and rotary servomotors.