Про визначення модуля пружності одношарових вуглецевих нанотрубок методами структурної механіки

Abstract

Метою статті є відпрацювання та перевірка числових методик визначення модуля пружності одношарових вуглецевих нанотрубок з використанням методу скінченних елементів, а також зв’язку між параметрами молекулярної і структурної механіки. Дослідження проводилося для нанотрубок різних типів просторово-каркасних моделей, а саме типу «крісло» (armchair), типу «зиґзаґ» (zigzag) і типу «хіральна» (chiral). Для побудови моделей нанотрубок зазначених типів розроблено програмні коди у середовищі вільно відкритого програмного забезпечення Gmsh. Розглянуто формулювання лінійних і нелінійних співвідношень для визначення параметрів структурної механіки на основі енергетичних потенціалів та силових коефіцієнтів молекулярної механіки. Формулювання нелінійної задачі дістали певного уточнення в частині визначення співвідношень «узагальнена деформація – узагальнені напруження». Розроблено числові моделі для дослідження модуля пружності нанотрубок різного типорозміру, що представляють собою макроси на мові програмування APDL ANSYS Mechanical APDL. Результати порівняння отриманих результатів показали задовільне узгодження з теоретичними та експериментальними даними: розбіжність з відомими теоретичними оцінками становить 0,08–5,1 %. Запропоновані верифіковані числові методики для визначення модуля пружності нанотрубок у подальшому планується застосовувати для розроблення нових полімерних нанокомпозитів.

Keywords

• модуль пружності
• одношарові вуглецеві нанотрубки
• молекулярна механіка
• структурна механіка
• числове моделювання