مطالعه خواص مکانیکی نانو مخروط‌های کربنی دو جداره تحت بارهای کششی و فشاری با استفاده از روش المان محدود

در این مقاله، روش المان محدود برای مطالعه رفتار کمانش و خواص مکانیکی نانو مخروط های کربنی دو جداره استفاده شده است. به این منظور، نانو مخروط های دو جداره با طول ها و زوایای مختلف و تحت شرایط تکیه گاهی متفاوت مورد بررسی قرار می گیرد. با توجه به شباهت بین ساختار نانوسازه ها و قاب فضایی برای ساختار های نانو، از روش مکانیک سازه ای برای مطالعه رفتار مکانیکی نانومخروط ها استفاده می گردد. در این روش، نانو مخروط های کربنی به عنوان قاب فضایی در نظر گرفته می شوند و برای مدل کردن اتم ها و پیوند ها به ترتیب از المان های تیر و جرم استفاده می شود. برای تعیین خواص المان های تیر از برابری مکانیک سازه ای و مکانیک مولکولی استفاده می شود. نتایج نشان می دهد که مدول الاستیسیته نانو مخروط های کربنی دو جداره با افزایش زاویه راس و افزایش طول کاهش می یابد. همچنین با مقایسه تاثیر تغییرات در دو عامل طول و زاویه راس، زاویه راس تاثیر بیشتری را روی نیروی فشاری بحرانی می گذارد. نیروی فشاری بحرانی در نانو مخروط های کربنی دو جداره با افزایش زاویه راس نانومخروط، افزایش و با افزایش طول کاهش می یابد.

Investigating the Mechanical Properties of Double Walled Carbon Nanocones under Tensile and Compressive loadings using the finite element method

In this paper, finite element method is employed to study the buckling behavior and mechanical properties of doublewalled carbon nanocones. In this regard, doublewalled nanocones with different geometries, including lengths and angles, and boundary conditions are investigated. Based on the similarity between the nanostructures and space frames, structural mechanics approach is employed to study the mechanical behavior of the nanocones. In this approach, the carbon nanocones are considered as space frame and beam and mass elements are utilized to model the atoms and bonds. The results show that the elastic modulus of the carbon nanocones decreases by increasing the apex angle and length. Besides, it is shown that the influence of the apex angle on the critical buckling force of the carbon nanocones is more significant than the length effect. Increasing apex angle and length of the carbon nanocones lead to increasing and decreasing of the critical buckling force, respectively.