Mechanical modeling of a single-walled carbon nanotube using the finite element approach

• Autorzy: Rangel J. H. , Brostow W. , Castano V. M.

Warianty tytułu

PL

Mechaniczne modelowanie jednościennych nanorurek węglowych metodą elementów skończonych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

An analytical procedure to determine the elastic modulus of a single-walled carbon nanotube of armchair type is presented. The interacting forces between atoms are determined based on potentials derived from quantum mechanics. For the axial stretching, the Morse potential parameters were used, along with the bending potential. The model associates a hexagonal lattice where the nodes correspond to atoms and bars to the links (bonds) between them. The finite element model considers fixed position of one end while the tension forces are applied at the other end. The result of the simulation is the shape of the deformed nanotube and its elastic modulus. The influence of the overall dimensions of the nanotube on the modulus of elasticity was also examined.

PL

W artykule opisano procedurę analityczną wyznaczania modułu sprężystości jednościennych nanorurek węglowych o strukturze fotelowej. Siły oddziaływania między atomami wyrażono za pomocą potencjałów wprowadzonych na gruncie mechaniki kwantowej. Do opisu osiowego rozciągania i zginania użyto potencjału typu Morse'a. Model tworzy heksagonalna siatka, w której węzły odpowiadają atomom, a linie wiązaniom między nimi. Metodę elementów skończonych zastosowano do przedstawienia nanorurki, której jeden koniec jest unieruchomiony, podczas gdy do drugiego końca przyłożone są siły rozciągające. Wynikiem symulacji jest kształt zdeformowanej nanorurki i jej moduł sprężystości. Zbadano również wpływ ogólnych wymiarów nanorurki na moduł sprężystości.

Słowa kluczowe

EN

nanotechnology; carbon nanotube; computer modelling; bond stiffness; advanced materials

PL

nanotechnologia; nanorurki węglowe; modelowanie komputerowe; sztywność wiązań; materiały zaawansowane

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 58, nr 4
• Strony: 276--281
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz.

Twórcy

autor

Rangel J. H.

autor

Brostow W.

autor

Castano V. M.

• State University of Queretaro, Queretaro, Mexico. Laboratory of Advanced Polymers and Optimized Materials, University of North Texas, USA.,

Bibliografia

• 1. Li Lingyu, Li Bing, Hood M. A., Li Ch. Y.: Polymer 2009, 50, 953.
• 2. Harris P. J.: „Carbon nanotubes and related structures”, Cambridge University Press 1999.
• 3. Dresselhaus M. S.: Annu. Rev. Mater: Sci. 1997, 27, 1.
• 4. Terrones M.: Annu. Rev. Mater. Res. 2003, 33, 419.
• 5. Treacy M. M. J., Ebbesen T. W., Gibson J. M.: Nature 1998, 381, No. 20, 678.
• 6. Kroto H. W., Heath J. R., O’Brien S. C., Curl R. F., Smalley R. E.: Nature 1985, 318, 162.
• 7. Wan H., Delale F.: Meccanica 2010, 45, 43.
• 8. Belytschko T., Xiao S. P., Schatz G. C., Ruoff R. S.: Phys. Rev. B: Condens. Matter. 2002, 65, 235 430.
• 9. Rossi M., Meo M.: Compos. Sci. Technol. 2009, 69, 1394.
• 10. Govindjee S., Sackman J. L.: Solid State Commun. 1999, 110, 227.
• 11. Lu J. P.: J. Phys. Chem. Solids 1997, 58, 1649.
• 12. Gurtin M.: „Continuum Mechanics” Academic Press 1981.
• 13. Cook R. D., Malkus D. S., Plesha M. E.: „Concepts and application of finite element analysis”, John Wiley & Sons Inc., New York 1988.
• 14. Ansys, Inc. Software, ver 11, 2009, Canonsburgh PA, USA.
• 15. Ghasemzadeh H., Jalalabad E. A.: Int. J. Civil Eng. 2011, 9, No. 3, 223.