Dao động nhiệt-cơ học phi tuyến của ống nano cacbon hai lớp dẫn dòng chịu ảnh hưởng của tính chất vật liệu biến ngẫu nhiên

Microfluidics and Nanofluidics - Tập 15 - Trang 219-229 - 2013
Tai-Ping Chang1
1Department of Construction Engineering, National Kaohsiung First University of Science and Technology, Kaohsiung, Taiwan

Tóm tắt

Nghiên cứu này đề cập đến sự biến đổi phản ứng động lực học của dao động nhiệt-cơ học phi tuyến của ống nano cacbon hai lớp dẫn dòng (DWCNTs) bằng cách xem xét ảnh hưởng của biến đổi nhiệt độ, phi tuyến hình học và phi tuyến lực van der Waals (vdW). Các phương trình điều khiển phi tuyến của DWCNTs dẫn dòng được xây dựng dựa trên nguyên lý Hamilton và lý thuyết đàn hồi nhiệt. Mô đun đàn hồi Young của DWCNTs được giả định là ngẫu nhiên theo vị trí để miêu tả chính xác tính chất vật liệu ngẫu nhiên của DWCNTs. Bằng cách sử dụng mô phỏng Monte Carlo, các phương trình điều khiển phi tuyến liên kết của DWCNTs dẫn dòng trở thành xác định. Sau đó, chúng tôi áp dụng phương pháp cân bằng hài hòa kết hợp với phương pháp Galerkin để giải các phương trình vi phân xác định liên kết phi tuyến cho nhiều hàm mẫu khác nhau. Một số phản ứng động lực thống kê của DWCNTs như giá trị trung bình và độ lệch chuẩn (SD) của biên độ dịch chuyển được tính toán, trong khi ảnh hưởng của biến đổi nhiệt độ và vận tốc dòng chảy lên phản ứng động lực thống kê của DWCNTs được nghiên cứu. Kết luận rằng giá trị trung bình và SD của biên độ dịch chuyển tăng phi tuyến với sự gia tăng của tần số ở cả hai nhiệt độ thấp và cao. Hơn nữa, giá trị trung bình của biên độ dịch chuyển cho bất kỳ tần số cố định nào giảm do sự biến đổi nhiệt độ ở nhiệt độ thấp; ngược lại, nó tăng dưới sự biến đổi nhiệt độ ở nhiệt độ cao.

Từ khóa

#ống nano cacbon hai lớp #dao động phi tuyến #biến đổi nhiệt độ #mô phỏng Monte Carlo #độ lệch chuẩn

Tài liệu tham khảo

Ambrosini D, Borbon FD (2012) On the influence of the shear deformation and boundary conditions on the transverse vibration of multi-walled carbon nanotubes. Comput Mater Sci 53:214–219 Barzykin AV, Tachiya M (2005) Stochastic models of carrier dynamics in single-walled carbon nanotubes. Phys Rev B 72:075425 Chang TP (2011) Thermal-nonlocal vibration and instability of single-walled carbon nanotubes conveying fluid. J Mech 27:567–573 Chang TP (2012) Thermal–mechanical vibration and instability of a fluid-conveying single-walled carbon nanotube embedded in an elastic medium based on nonlocal elasticity theory. Appl Math Model 36:1964–1973 Che G et al (1998) Carbon nanotubule membranes for electrochemical energy storage and production. Nature 393:346–349 Evans E, Bowman H, Leung A, Needham D, Tirrell D (1996) Biomembrane templates for nanoscale conduits and networks. Science 73:933–935 Gadd GE et al (1997) The world’s smallest gas cylinders? Science 77:933–936 Gao Y, Bando Y (2002) Carbon nanothermometer containing gallium. Nature 415:599 Hanasaki I, Nakatani A (2006) Water flow through carbon nanotube junctions as molecular convergent nozzles. Nanotech 17:2794–2804 He XQ, Wang CM, Yan Y, Zhang LX, Ni GH (2008) Pressure dependence of the instability of multiwalled carbon nanotubes conveying fluids. Arch Appl Mech 78:637–648 Hummer G, Rasaiah JC, Noworyta JP (2001) Water conduction through the hydrophobic channel of a carbon nanotube. Nature 414:188–190 Ijjima S (1991) Helical microtubules of graphitic carbon. Nature 354:56–58 Jiang H, Liu B, Huang Y (2004) Thermal expansion of single wall carbon nanotubes. J Eng Mater Technol 126:265–270 Karlsson A et al (2001) Networks of nanotubes and containers. Nature 409:150–152 Krishnan A, Dujardin E, Ebbesen TW, Yianilos PN, Treacy MMJ (1998) Young’s modulus of single-walled nanotubes. Phys Rev B 58(20):14013–14019 Kuang YD et al (2009) Analysis of nonlinear vibrations of double-walled carbon nanotubes conveying fluid. Comput Mater Sci 45:875–880 Lee H, Chang W (2008) Comment on free transverse vibration of the fluid-conveying single-walled carbon nanotube using nonlocal elastic theory. J Appl Phys 103:24302 Liu J et al (1998) Fullerene pipes. Science 280:1253–1256 Mao Z, Sinnott SB (2000) A computational study of molecular diffusion and dynamic flow through carbon nanotubes. J Phys Chem B 104:4618–4624 Mieszawska AJ, Jalilian R, Sumanasekera GU, Zamborini FP (2007) The synthesis and fabrication of one-dimensional and nanoscale heterojunctions. Small 722–756 Natsuki T, Ni QQ, Endo M (2007) Wave propagation in single- and double-walled carbon nanotubes filled with fluids. J Appl Phys 101:034319 Ni B, Sinnott SB, Mikulski PT, Harrison JA (2002) Compression of carbon nanotubes filled with C60, CH4, or Ne: predictions from molecular dynamics simulations. Phys Rev Lett 88:205505–205508 Salvetat JP, Briggs JAD, Bonard JM, Bacsa RR, Kulik AJ, Stöckli T, Burnham NA, Forró L (1999) Elastic and shear moduli of single-walled carbon nanotube ropes. Phys Rev Lett 82(5):944–947 Scarpa F, Adhikari S (2008) Uncertainty modeling of carbon nanotube terahertz oscillators. J Non Crystall Solids 354:4151–4156 Scarpa F, Boldrin L, Peng HX, Remillat CDL, Adhikari S (2010) Coupled thermomechanics of singled-walled carbon nanotubes. App Phys Lett 97:151903 Skoulidas A, Ackerman DM, Johnson KJ, Sholl DS (2002) Rapid transport of gases in carbon nanotubes. Phys Rev Lett 89:185901–185911 Wang L, Ni Q (2008) On vibration and instability of carbon nanotubes conveying fluid. Comput Mater Sci 43:399–402 Wang L, Ni Q, Li M, Qian Q (2008a) The thermal effect on vibration and instability of carbon nanotubes conveying fluid. Phys E 40:3179–3182 Wang L, Li Q, Li M (2008b) Buckling instability of double-wall carbon nanotubes conveying fluid. Comput Mater Sci 44:821–825 Xu KY, Guo XN, Ru CQ (2006) Vibration of a double-walled carbon nanotube aroused by nonlinear intertube van der Waals forces. J Appl Phys 99:064303–064307 Yan Y, He XQ, Zhang LX, Wang CM (2009a) Dynamic behavior of triple-walled carbon nanotubes conveying fluid. J Sound Vib 319:1003–1018 Yan Y, Wang WQ, Zhang LX (2009b) Dynamical behaviors of fluid-conveyed multi-walled carbon nanotubes. Appl Math Model 33:1430–1440 Yao XH, Han Q (2006) Buckling analysis of multiwalled carbon nanotubes under torsional load coupling with temperature change. J Eng Mater Technol 128:419–427 Yoon J, Ru CQ, Mioduchowski A (2006) Flow-induced flutter instability of cantilever CNTs. Int J Solids Struct 43:3337–3349 Zhang YQ, Liu X, Liu GR (2007) Thermal effect on transverse vibrations of double-walled carbon nanotubes. Nanotechnology 18:445701–445707 Zhang YQ, Liu X, Zhao JH (2008) Influence of temperature change on column buckling of multiwalled carbon nanotubes. Phys Lett A 372:1676–1681