Investigation of Dynamical Behavior (Transverse Vibration) and Instability Analysis of Carbon Nanotubes Conveying Nanofluid

محورهای موضوعی : فصلنامه شبیه سازی و تحلیل تکنولوژی های نوین در مهندسی مکانیک

سهیل اویسی ¹ (دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد خمینیشهر ، اصفهان، ایران)
حسن نحوی ² (دانشیار، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران.)
داود طغرایی ³ (استادیار، دانشکده مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد خمینیشهر، اصفهان، ایران)

تاریخ دریافت : 1394/11/17 تاریخ پذیرش : 1394/11/17 تاریخ انتشار : 1392/02/01

کلید واژه: Carbon nanotubes, Nanofluid, Transverse vibration, Galerkin approximate, Method,

چکیده مقاله :

This work focuses on the dynamical behavior of carbon nanotubes, including vibration, wave propagation and fluid-structure interaction. In the present research, transverse vibration of nano fluid conveying carbon nanotubes is investigated. To this end, based on the nonlocal and strain-inertia gradient continuum elasticity theories and by using rod and Euler-Bernoulli beam models, the system’s dynamical behavior is modeled and then, the governing equation of motion is solved and discretized by applying the weighted-residual Galerkin approximate method. Moreover, effect of considering nano-scale fluid flowing through the nanotube, the boundary conditions, the different elastic mediums and the van der Walls interaction between the layers of multi-walled carbon nanotubes on the natural frequencies, critical velocities and stability of the system are considered. The results show that the passing fluid flow and the axially moving of nanotube decrease the system’s natural frequencies especially for nanotubes with large internal radius and in high fluid flow and axially moving speeds of nanotube. In addition, it is observed that the natural frequencies and stability of the system strongly depend on the small-scale parameter (nano-scale), mainly in the longitudinal vibration

چکیده انگلیسی:

در این تحقیق، بحث بر روی رفتار دینامیکی نانولوله‏های‏کربنی شامل ارتعاشات، انتشار موج و برهم‏کنش سیال-‏ سازه متمرکز شده‏است. در تحقیق جاری، ارتعاشات عرضی نانولوله‏های کربنی بررسی خواهد شد. بدین منظور بر اساس تئوری‏های الاستیسیته پیوسته‏ی غیرمحلی و گرادیان کرنش-اینرسی و نیز با استفاده از مدل‏های میله و تیر اویلر-برنولی رفتار دینامیکی سیستم مدل‏سازی شده و معادلات حرکت با استفاده از روش تقریبی مانده ‏وزنی گالرکین گسسته‏سازی و حل می‏شوند. نتایج نشان‏ می‏دهندکه ‏سیال ‏عبوری از درون نانولوله‏ها می‏تواند فرکانس‏های طبیعی آن را به‏ویژه در نانولوله‏های طویل با شعاع داخلی بزرگ و در سرعت‏های بالای سیال به‏طور قابل توجهی کاهش دهد. همچنین فرکانس‏های طبیعی و پایداری سیستم به‏خصوص در ارتعاشات محوری، به‏شدت به پارامتر مقیاس طول ماده (نانومقیاس) وابسته هستند

منابع و مأخذ:

[1] Hummer G., Rasaiah J.C., Noworyta J.P., Water conduction through the hydrophobic channel of a carbon nanotube, Nature, vol. 414, 2001, pp. 188-190.

[2]Mattia D., Gogotsi Y., Review: static and dynamic behavior of liquids inside carbon nanotubes, Microfluidics and Nanofluidics, vol. 5, 2008, pp. 289-305.

[3]Rao C.N.R., Cheetham A.K., Science and technology of nanomaterials: current status and future prospects, Journal of Materials Chemistry, vol. 11, 2001, pp. 2887-2894.

[4]Dong K., Liu BY., Wang X., Wave propagation in fluid-filled multi-walled carbon nanotubes embedded in elastic matrix, Computational Materials Science, vol. 42, 2008, pp. 139-148.

[5]Yan Y., Wang W.Q., Zhang J.M., Zhang L.X., Free vibration of the water-filled single-walled carbon nanotubes, Procedia Engineering, vol. 31, 2012, pp. 647-653.

[6]Chang W.J., Lee H.L., Free vibration of a single-walled carbon nanotube containing a fluid flow using Timoshenko beam model, Physics Letters A, vol. 373, 2009, pp. 982-985.

[7]Rafiei M., Mohebpour S.R., Daneshmand F., Small-scale effect on the vibration of non-uniform carbon nanotubes conveying fluid and embedded in viscoelastic medium, Physica E, vol. 44, 2012, pp. 1372-1379.

[8]Wang  L., Vibration analysis of fluid-conveying nanotubes with consideration of surface effects, Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures, vol. 43, 2010, pp. 437-439.

[9]Yan Y., Wang W.Q., Zhang L.X., Dynamical behaviors of fluid-conveying multi-walled carbon nanotubes, Applied Mathematical Modelling, vol. 33, 2009, pp. 1430-1440.

[10] Askes H., Aifantis E.C., Gradient elasticity and flexural wave dispersion in carbon nano-tubes, Physical Review B, vol. 80, 2009, p. 195412.

[11] Rashidi V., Mirdamadi H.R., and Shirani E., A Novel Model for Vibrations of Nanotubes Conveying Nanoflow, Computational Materials Science, vol. 51 (1), 2012, pp. 347–352.

[12] Polard W.G., Present R.D., On gaseous self-diffusion in long capillary tubes, Physics Review, vol. 73, 1948, pp. 762-74.

[13] Paidoussis M.P., Fluid-Structure interactions: Slender Structures and Axial Flow, Vol. 1, Academic Press, London, 1998.

 [14] اویسی س.، تحلیل انتشار موج تنش و ارتعاشات در نانولوله‏های کربنی حاوی سیال براساس تئوری غیرمحلی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد خمینی­شهر، 1393.