Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mô hình phần tử hữu hạn tại quy mô nano cho độ rung của ống nano carbon đơn thành: so sánh giữa mô hình nguyên tử và mô hình liên tục
Tóm tắt
Bằng cách sử dụng các mô hình phần tử hữu hạn nguyên tử và liên tục, hành vi dao động tự do của ống nano carbon đơn thành (SWCNTs) được nghiên cứu. Trong mô hình phần tử hữu hạn nguyên tử, các liên kết và nguyên tử được mô phỏng bằng các phần tử dầm và khối lượng điểm, tương ứng. Cơ học phân tử được liên kết với cơ học cấu trúc để xác định các thuộc tính đàn hồi của các phần tử dầm đã đề cập. Trong cách tiếp cận phần tử hữu hạn liên tục, bằng cách bỏ qua tính chất rời rạc của cấu trúc nguyên tử của ống nano, chúng được mô phỏng bằng các phần tử vỏ. Cả hai mô hình đều tính toán tần số tự nhiên của SWCNTs và điều tra các ảnh hưởng của các tham số hình học, cấu trúc nguyên tử và điều kiện biên. Độ chính xác của các phương pháp sử dụng được xác minh bằng cách so sánh với các mô phỏng động lực học phân tử. Mô hình cấu trúc phân tử cho kết quả đáng tin cậy hơn, đặc biệt đối với các tỉ lệ khía cạnh thấp. Phân tích hiện tại cung cấp thông tin quý giá về việc áp dụng các mô hình liên tục trong việc nghiên cứu các hành vi cơ học của ống nano.
Từ khóa
#ống nano carbon đơn thành #mô hình phần tử hữu hạn #dao động tự do #cơ học phân tử #tần số tự nhiên #điều kiện biên #phân tích cơ họcTài liệu tham khảo
Iijima, S. Helical microtubules of graphitic carbon. nature, 354(6348), 56–58 (1991)
Abot, J. L. and Song, Y. On the mechanical response of carbon nanotube array laminated composite materials. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 29(22), 3401–3410 (2010)
Chow, W. S. and Tan, P. L. Epoxy/multiwall carbon nanotube nanocomposites prepared by sonication and planetary mixing technique. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 29(15), 2331–2342 (2010)
Bang, D. S., Yoon, K. H., Park, Y. B., Lee, D. Y., and Jeong, S. S. Fabrication and characterization of aluminum-carbon nanotube powder and polycarbonate/aluminum-carbon nanotube composites. Journal of Composite Materials, 44(23), 2711–2722 (2010)
Abot, J. L., Bardin, G., Spriegel, C., Song, Y., Raghavan, V., and Govindaraju, N. Thermal conductivity of carbon nanotube array laminated composite materials. Journal of Composite Materials, 45(3), 321–340 (2011)
Iijima, S., Brabec, C., Maiti, A., and Bernholc, J. Structural flexibility of carbon nanotubes. Journal of Chemical Physics, 104, 2089–2092 (1996)
Yakobson, B. I., Campbell, M. P., Brabec, C. J., and Bernholc, J. High strain rate fracture and C-chain unraveling in carbon nanotubes. Computational Materials Science, 8(4), 341–348 (1997)
Hernandez, E., Goze, C., Bernier, P., and Rubio, A. Elastic properties of C and BxCyNz composite nanotubes. Physical Review Letters, 80(20), 4502–4505 (1998)
Sánchez-Portal, D., Artacho, E., Soler, J. M., Rubio, A., and Ordejón, P. Ab initio structural, elastic, and vibrational properties of carbon nanotubes. Physical Review B, 59(19), 12678–12688 (1999)
Qian, D., Wagner, G. J., Liu, W. K., Yu, M. F., and Ruoff, R. S. Mechanics of carbon nanotubes. Applied Mechanics Reviews, 55, 495–533 (2002)
Wang, C. M., Tan, V. B. C., and Zhang, Y. Y. Timoshenko beam model for vibration analysis of multi-walled carbon nanotubes. Journal of Sound and Vibration, 294(4), 1060–1072 (2006)
Hsu, J. C., Chang, R. P., and Chang, W. J. Resonance frequency of chiral single-walled carbon nanotubes using Timoshenko beam theory. Physics Letters A, 372(16), 2757–2759 (2008)
Zhang, Y. Y., Wang, C. M., and Tan, V. B. C. Assessment of Timoshenko beam models for vibrational behavior of single-walled carbon nanotubes using molecular dynamics. Advances in Applied Mathematics and Mechanics, 1(1), 89–106 (2009)
Yakobson, B. I., Brabec, C. J., and Bernholc, J. Nanomechanics of carbon tubes: instabilities beyond linear response. Physical Review Letters, 76(14), 2511–2514 (1996)
Ru, C. Q. Effective bending stiffness of carbon nanotubes. Physical Review B, 62(15), 9973–9976 (2000)
Ru, C. Q. Elastic buckling of single-walled carbon nanotube ropes under high pressure. Physical Review B, 62(15), 10405–10408 (2000)
Odegard, G. M., Gates, T. S., Nicholson, L. M., and Wise, K. E. Equivalent-continuum modeling of nano-structured materials. Composites Science and Technology, 62(14), 1869–1880 (2002)
Li, C. and Chou, T. W. A structural mechanics approach for the analysis of carbon nanotubes. International Journal of Solids and Structures, 40(10), 2487–2499 (2003)
Ansari, R. and Rouhi, S. Atomistic finite element model for axial buckling of single-walled carbon nanotubes. Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures, 43(1), 58–69 (2010)
Rouhi, S. and Ansari, R. Atomistic finite element model for axial buckling and vibration analysis of single-layered graphene sheets. Physica E, 44(4), 764–772 (2012)
Chang, T. and Gao, H. Size-dependent elastic properties of a single-walled carbon nanotube via a molecular mechanics model. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 51(6), 1059–1074 (2003)
Chang, T., Geng, J., and Guo, X. Chirality- and size-dependent elastic properties of single-walled carbon nanotubes. Applied Physics Letters, 87(25), 251929 (2005)
Liew, K. M. and Sun, Y. Elastic properties and pressure-induced structural transitions of single-walled carbon nanotubes. Physical Review B, 77(20), 205437 (2008)
Chang, T. A molecular based anisotropic shell model for single-walled carbon nanotubes. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 58(9), 1422–1433 (2010)
Shokrieh, M. M. and Rafiee, R. Prediction of Young’s modulus of graphene sheets and carbon nanotubes using nanoscale continuum mechanics approach. Materials & Design, 31(2), 790–795 (2010)
Rappe, A. K., Casewit, C. J., Colwell, K. S., Goddard Iii, W. A., and Skiff, W. M. UFF, a full periodic table force field for molecular mechanics and molecular dynamics simulations. Journal of the American Chemical Society, 114(25), 10024–10035 (1992)
Brenner, D. W. Empirical potential for hydrocarbons for use in simulating the chemical vapor deposition of diamond films. Physical Review B, 42(15), 9458 (1990)
Tersoff, J. Energies of fullerenes. Physical Review B, 46(23), 15546 (1992)
Cornell, W. D., Cieplak, P., Bayly, C. I., Gould, I. R., Merz, K. M., Ferguson, D. M., Spellmeyer, D. C., Fox, T. F., Caldwell, J. W., and Kollman, P. A. A second generation force field for the simulation of proteins, nucleic acids, and organic molecules. Journal of the American Chemical Society, 117(19), 5179–5197 (1995)
Gelin, B. R. Molecular Modeling of Polymer Structures and Properties, Hanser-Gardner Publications, Munich (1994)
Leach, A. R. Molecular Modelling: Principles and Applications, Addison Wesley Longman Limited, London, 131–210 (2001)
Allinger, N. L., Yuh, Y. H., and Lii, J. H. Molecular mechanics: the MM3 force field for hydrocarbons, 1. Journal of the American Chemical Society, 111(23), 8551–8566 (1989)
Jorgensen, W. L. and Severance, D. L. Aromatic-aromatic interactions: free energy profiles for the benzene dimer in water, chloroform, and liquid benzene. Journal of the American Chemical Society, 112(12), 4768–4774 (1990)