- Tytuł:
-
Buckling analysis of short carbon nanotubes based on a novel Timoshenko beam model
Analiza wyboczenia krótkich nanorurek węglowych na podstawie zmodyfikowanego modelu belki Timoszenki - Autorzy:
-
Hosseini-Ara, R.
Mirdamadi, H. R.
Khademyzadeh, H. - Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/281680.pdf
- Data publikacji:
- 2012
- Wydawca:
- Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
- Tematy:
-
short carbon nanotubes
buckling
nonlocal elasticity
Timoshenko beam theory - Opis:
-
In this paper, we present a novel method to investigate the buckling behavior of short clamped carbon nanotubes (CNTs) with small-scale effects. Based on the nonlocal Timoshenko beam kinematics, the strain gradient theory and variational methods, the higher-order governing equation and its corresponding boundary conditions are derived, which are often not considered. Then, we solve the governing differential equation and determine exact critical buckling loads using a linear polynomial plus trigonometric functions different from the purely trigonometric series. We also investigate the influences of the scale coefficients, aspect ratio and transverse shear deformation on the buckling of short clamped CNTs. Moreover, we compare the critical strains with the results obtained from the Sanders shell theory and validate them with molecular dynamic simulations which are found to be in good agreement. The results show that unlike the other beam theories, this model can capture correctly the small-scale effects on buckling strains of short CNTs for the shell-type buckling.
W pracy zaprezentowano nową metodę analizy problemu wyboczenia krótkich, obustronne zamurowanych nanorurek węglowych (tzw. CTN – Carbon NanoTubes) z uwzględnieniem zjawisk małoskalowych. Na podstawie nielokalnego sformułowania kinematyki belki Timoszenki opracowano teorię gradientu odkształcenia oraz metodę analizy wariacyjnej, wyprowadzono równania konstytutywne wyższego rzędu i odpowiadające im warunki brzegowe, do tej pory z rzadka stosowane w tego typu zagadnieniach. Następnie rozwiązano równania modelu, z których wyznaczono dokładną wartość krytycznego obciążenia prowadzącego do wyboczenia. Użyto w tym celu kombinacji funkcji wielomianowych i trygonometrycznych zamiast szeregów wyłącznie trygonometrycznych. Zbadano również wpływ współczynników skali, proporcji oraz odkształcenia postaciowego na wyboczenie utwierdzonych nanorurek CNT. W trakcie symulacji numerycznych dynamiki molekularnej modelu wykazano dobrą zbieżność otrzymanych wyników z powłokowym modelem Sandersa. Potwierdzono, że – w odróżnieniu od innych teorii belek – zastosowany model dokładnie odzwierciedla efekty małoskalowe przy opisie powłokowego wyboczenia krótkich nanorurek CNT. - Źródło:
-
Journal of Theoretical and Applied Mechanics; 2012, 50, 4; 975-986
1429-2955 - Pojawia się w:
- Journal of Theoretical and Applied Mechanics
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł