بررسی ارتعاشات آزاد طولی نانومیلههای آلومینیومی یکسرگیردار با استفاده از شبیهسازی دینامیک مولکولی
پذیرفته شده برای پوستر
کد مقاله : 1045-ISAV2025 (R1)
نویسندگان
1دانشکده فنی و مهندسی
2دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه دامغان
3دانشگاه دامغان، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی مکانیک
چکیده
هدف این مقاله، استخراج فرکانسهای طبیعی محوری نانومیلههای آلومینیومی، با استفاده از شبیهسازی دینامیک مولکولی میباشد. یادآوری این نکته ضروری است که مقایسه نتایج آزمایشگاهی با نتایج تئوریهای کلاسیک (مورد استفاده در مقیاس ماکرو) نشان داد که تئوریهای کلاسیک نمیتوانند به درستی رفتار سازههای نانومقیاس را پیشبینی نمایند! نانومیلههای شبیهسازی شده، دارای طولهای 6، 7، 8، 9 و 10 نانومتر میباشند. همچنین برای بررسی بیشتر، سطح مقطع نانومیله بصورت مربع فرض شده است که برای آنها دو مقدار 0.8 و 1.6 نانومتر در نظر گرفته شده است. شرط مرزی مورد بررسی، شرط مرزی کانتیلور میباشد. به منظور استخراج فرکانسهای طبیعی، لازم است ابتدا یک تحریک اولیه به نانومیله اعمال شود. بدین منظور با اعمال نیرو به یک سر نانومیله در راستای طول آن، و به سبب آن ایجاد یک جابجایی اولیه و سپس رها کردن آن، نانومیله به ارتعاش درمیآید. با ثبت جابجایی محوری اتمهای واقع شده در سر آزاد نانومیله در گامهای زمانی مختلف، میتوان با استفاده از تبدیل فوریه سریع، دادههای ثبت شده را در حوزه فرکانس تعیین نمود. نتایج این پژوهش نشان میدهد هر چند از نظر تئوریهای کلاسیک، فرکانسهای ارتعاشات محوری مستقل از سطح مقطع سازه میباشند اما فرکانسهای نانومیلهها در مقیاس نانو، وابسته به اندازه سطح مقطع نانومیله میباشند. دستاورد این پژوهش میتواند راهنمای مناسبی برای پژوهشگران حوزه ارتعاشات و مرجع مناسبی برای طراحی تجهیزات نانوالکترومکانیکی باشد.
کلیدواژه ها
Title
Investigation of Longitudinal Free Vibrations of cantilever Aluminum Nanorods Using Molecular Dynamics Simulation
Authors
Mohammad Reza Rezaei, S.A.H. Hosseini
Abstract
The aim of this paper is to extract the natural axial frequencies of aluminum nanorods using molecular dynamics simulation. It is essential to note that a comparison between experimental results and classical theories (used at the macro scale) has shown that classical theories cannot accurately predict the behavior of nanostructures! The simulated nanorods have lengths of 6, 7, 8, 9, and 10 nanometers. Furthermore, for more detailed investigation, the cross-section of the nanorods is assumed to be square, with two values considered for their dimensions: 0.8 and 1.6 nanometers. The boundary condition under study is the cantilever boundary condition. To extract the natural frequencies, an initial excitation must be applied to the nanorod. This is achieved by applying a force to one end of the nanorod along its length, causing an initial displacement, and then releasing it, setting the nanorod into vibration. By recording the axial displacement of atoms located at the free end of the nanorod at different time steps, the recorded data can be analyzed in the frequency domain using the Fast Fourier Transform. The results of this research indicate that, although classical theories suggest that the frequencies of axial vibrations are independent of the cross-sectional area of the structure, the frequencies of nanorods at the nanoscale are dependent on the dimensions of their cross-section. The findings of this study can serve as a useful guide for researchers in the field of vibrations and as a reliable reference for the design of nano-electromechanical devices.
Keywords
nanobeam, َAxial Vibration, Natural frequency, Molecular Dynamic Simulation