1-3-1- انواع موج…………………………….. 9
1-3-2- کمیتهای امواج مکانیکی…………………………….. 9
1-4- پیشینه و هدف تحقیق…………………………….. 10
فصل دوم: معادلات حاکمه حرکت نانو تیر پیچیده شده……………… 17
2-1- مقدمه……………………………. 18
2-2- میدان جابه جایی…………………………….. 18
2-3- روش حداقل انرژی…………………………….. 23
2-4- تئوری گرادیان کرنشی…………………………….. 24
2-5- معادله حاکمه نانو تیر پیچیده شده……………………………. 25
2-6- تئوری غیر موضعی ارینگن…………………………….. 32
2-7- انرژی جنبشی…………………………….. 35
2-8- کار خارجی…………………………….. 36
2-9- معادلات حرکت……………………………… 38
3 فصل سوم: نتایج عددی و بحث ……………………….43
3-1- بررسی انتشار موج نانو تیر پیچیده شده……………………………. 44
3-2- ارتعاشات نانو تیر پیچیده شده……………………………. 46
3-3- کمانش………………………………. 48
3-4- نتایج عددی وبحث……………………………… 52
3-4-1- تحلیل انتشار موج نانو تیر پیچیده شده………………………. 53
3-4-1-1- سرعت فاز……………………………. 53
3-4-1-2- سرعت گروه……………………………. 57
3-4-1-3- فرکانس قطع…………………………….. 61
3-4-1-4- فرکانس فرار……………………………. 63
3-4-2- تحلیل کمانش نانو تیر پیچیده شده……………………………. 68
3-4-3- تحلیل ارتعاشات نانو تیر پیچیده شده…………………………… 71
فصل چهارم: نتیجه گیری ……………………………..75
4-1- بحث و نتیجه گیری…………………………….. 76
4-2- پیشنهاد برای ادامه کار……………………………. 77
منابع و ماخذ……………………………. 78
چکیده:
در این تحقیق، به تحلیل ارتعاشات، کمانش و انتشار موج نانو تیر پیچیده شده تحت بار محوری بر بستر پاسترناک پرداخته میشود. ابتدا میدان جابهجایی و تغییر مکان تیر پیچیده شده به دست میآید. سپس با استفاده از میدان جابهجایی بدست آمده، روابط کرنش-جابهجایی به دست میآید. از تئوریهای گرادیان کرنشی و غیر محلی ارینگن برای اعمال اثرات اندازه ناشی از مقیاس نانو استفاده میشود. در نهایت معادلات حرکت نانو تیر پیچیده شده با استفاده از روش انرژی و اصل هامیلتون به دست میآید. با استفاده از روش تحلیلی، فرکانسهای طبیعی، بار کمانش بحرانی و سرعت انتشار موج نانو تیر پیچیده شده محاسبه میشود.در انتها فرکانس طبیعی، سرعت فاز، فرکانس قطع، عدد موج و بار کمانش بحرانی تیر پیچیده شده تحت تاثیر سه پارامتر مقیاس کوچک طول، پارامتر غیر محلی ارینگن، نرخ زاویه پیچش، ضخامت، طول نانو تیر پیچیده شده و بستر الاستیک به دست میآید. نتایج این تحقیق نشان میدهد که سرعت فاز در نانو تیر پیچیده شده، با افزایش نرخ زاویه پیچش در نانو تیر پیچیده شده افزایش مییابد. همچنین عدد موج با ضخامت نانو تیر رابطه معکوس داشته درحالیکه با فرکانس انتشار موج رابطه مستقیم دارد. افزایش نرخ زاویه پیچش باعث افزایش فرکانس طبیعی سیستم میشود که این افزایش در ضخامتهای بالاتر مشهودتر است. بار کمانش بحرانی با ضرایب وینکلر و پاسترناک رابطه مستقیم داشته و با افزایش طول نانو تیر پیچیده شده، تاثیر این ضرایب بر روی بار کمانش بحرانی افزایش مییابد. اثر تغییرات نرخ زاویه پیچش بر سرعت گروه در فرکانسهای کم محسوس بوده، ولی با افزایش فرکانس انتشار، نمودارها همگرا میشوند. هم چنین با افزایش نرخ زاویه پیچش، فرکانس فرار به صورت ناچیز افزایش مییابد. مقادیر سرعت فاز و سرعت گروه با استفاده از تئوری گرادیان كرنشی بسیار بیشتر از تئوری تنش كوپل اصلاح شده و كلاسیك میباشد.
فصل اول: مباحث نظری
1-1- مقدمه ای بر نانوفناوری
فناوری نانو واژهای است کلی که به تمام فناوریهای پیشرفته در عرصه کار با مقیاس نانو اطلاق میشود. نانو، کلمهای یونانی است و به معنی کوتوله که در ریاضیات معادل ، یعنی یک میلیاردم است ودر فناوری نانو ابعادی در حدود 1 تا nm 100 را شامل میشود. علم و فناوری نانو، هنر وتوانایی به دست گرفتن کنترل ماده در ابعاد نانو و علم دستکاری و بازچینی اتمها برای ساخت مواد و ابزارها در مقیاس نانو متر است. در این فناوری ساخت ابزار و اشیا در اندازههای اتمی است و ملکول به ملکول توسط رباتهای برنامهریزی شده در مقیاس نانومتریک انجام میشود. در این فناوری خواص جدیدی از مواد متاثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک به کار برده میشود. نانو فناوری در واقع رویکرد جدیدی در تمام عرصههاست ویک علم فرا رشتهای
است که تمام علوم را در بر میگیرد و میتوان گفت نقطه اتصال علوم در آینده میباشد. در بیان اهمیت این فناوری گفته میشود که بخشی از آینده نیست بلکه تمام آینده است.
استفاده از فناوری نانو ناخواسته به چند صد سال پیش بر میگردد. جام لیکورگوس که در موزه بریتانیا در لندن نگهداری میشود یک نمونه استفاده از این فناوری در گذشته است که به قرن چهارم بعد از میلاد برمیگردد. نکته جالب در این جام این است که تابش نور از بیرون به جام، آن را سبز رنگ کرده و با تابش نور از درون آن به رنگ قرمز در میآید. مطالعات میکروسکوپی پرده از راز این جام برداشته ومعلوم شده است که در درون شیشه این جام، ذرات نانو از جنس طلا و نقره قرار دارد و ذرات نانو، خواصی متفاوت از ذرات غیر نانو بروز دهند.
پیشرفت فناوری نانو با اختراع میکروسکوپهای الکترونی وارد فاز جدیدی شد. در سال 1931 دانشمند آلمانی ماکسنات و ارنست روسک اولین نوع از این میکروسکوپها را اختراع کردند. واروین مولر پروفسور فیزیک دانشگاه ایالت پن با اختراع میکروسکوپ الکترونی با زمینه یونی، اولین فرد در تاریخ بود که اتمها را به صورت منحصر به فرد و ترتیب آنها در یک سطح مشاهده نمود.
با وجود تلاشهای انجام شده، فاینمن فیزیکدان و دارندهجایزه نوبلفیزیک را به عنوان پایهگذار فناوری نانو میشناسند. وی در سال 1959 مقالهای درباره قابلیتهای این فناوری در آینده منتشر ساخت. وی در در مراسم میهمانی بعد از دریافت جایزه نوبل، در سخنرانی خود ایده فناوری نانو را برای عموم آشکار ساخت و معتقد بود که در اندازههای بسیار کوچک، فضایی بسیار بزرگ وجود دارد. وی معتقد بود که در آینده نزدیک موتورهایی به بزرگی سر سوزن ساخته خواهد شد.
بعد از این سال فعالیت در عرصه نانو رشد چشمگیری را شروع کرد. در سال 1980 در مرکز تحقیقاتی IBM در سوییس تکنیکی ابداع شد که تصویر اتم را بزرگ میکرد. در 1990 برای اولین بار دانشمندان اتمها را حرکت دادند و با اتمها اولین جمله را نوشتند. با فناوری نانو انسان اکنون میتواند جهان ماده را آنطور که خودش میخواهد بسازد. تنها کافی است مواد پایهای جهان ماده را یک بار دیگر اتم به اتم و ملکول به ملکول کنار هم بچیند.به قول هرست استومر برنده جایزه نوبل: “ظهور نانو تکنولوژی میتواند به بشر تسلط لازم برای کنترل بیسابقه و کمنظیر بر جهان ماده را بدهد.”
1-1-1- کاربرد فناوری نانو
برای فناوری نانو در بسیاری از زمینهها از جمله صنعت، پزشکی، کشاورزی، دوامپذیری منابع، هوافضا، امنیت ملی، صنعت الکترونیک و غیره، کاربرد دارد.
فناوری نانو با دارا بودن ویژگیهای منحصربهفرد خود، قابلیتهای فراوانی در عرصههای مختلف ایجاد کرده که نمونههایی در زیر ذکر میشود.
[چهارشنبه 1399-10-17] [ 08:06:00 ق.ظ ]
|