بررسی نانوپوسته‌های استوانه‌ای آگزتیک پروانه‌ای: تحلیل دینامیکی غیرموضعی ارتعاشات آزاد و بهینه‌سازی پارامترهای هندسی برای کاربردهای نانومکانیکی

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1092-ISAV2025 (R1)
نویسندگان
1دانشگاه زنجان
2دانشگاه بوئین زهرا
چکیده
این پژوهش به مطالعه رفتار ارتعاشی یک ساختار آگزتیک جدید با طرح لانه‌زنبوری پروانه‌ای شکل می‌پردازد که پتانسیل بالایی برای کاربرد در طراحی و بهینه‌سازی مواد و سازه‌های پیشرفته در مقیاس نانو دارد. در این مقاله، ویژگی‌های ارتعاشات آزاد نانوپوسته‌های استوانه‌ای ساخته‌شده از این ماده آگزتیک مورد تحلیل قرار گرفته است. برای استخراج معادلات حاکم، از تئوری تغییرشکل برشی مرتبه بالا در چارچوب تئوری غیرموضعی و با بهره‌گیری از اصل همیلتون استفاده شده است. حل این معادلات با روش تحلیلی ناویر انجام گرفته و پاسخ ارتعاشی نانوپوسته‌ها به‌دست آمده است. در ادامه، اثر پارامترهای کلیدی از جمله پارامتر غیرموضعی و ابعاد هندسی سلول‌های پروانه‌ای شکل بر پاسخ دینامیکی نانوپوسته، به‌صورت جامع مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد اگرچه پارامتر غیرمحلی به دلیل اثر نرم‌کنندگی، همواره سبب کاهش فرکانس طبیعی در نانوپوسته‌های آگزتیک پروانه‌ای می‌شود، اما پارامترهای هندسی تأثیر بسیار قوی‌تر و تعیین‌کننده‌تری بر پاسخ دینامیکی سازه دارند.
کلیدواژه ها
 
Title
Investigation of Cylindrical Butterfly-Shaped Nanoshells: Nonlocal Dynamic Analysis of Free Vibrations and Geometrical Parameter Optimization for Nanomechanical Applications
Authors
Sepide Nosrati, Omid Rahmani, Seyed Amirhosein Hosseini
Abstract
This research investigates the vibrational behavior of a novel auxetic structure featuring a butterfly-shaped honeycomb architecture, which demonstrates significant potential for applications in the design and optimization of advanced materials and structures at the nanoscale. In this paper, the free vibration characteristics of cylindrical nanoshells fabricated from this auxetic material are thoroughly analyzed. The governing equations are derived using a higher-order shear deformation theory within the framework of nonlocal elasticity theory, employing Hamilton’s principle. These equations are solved analytically via Navier’s method to obtain the vibrational response of the nanoshells. Subsequently, the influence of key parameters—including the nonlocal parameter and the geometric dimensions of the butterfly-shaped unit cells—on the dynamic response of the nanoshells is comprehensively examined and discussed. The results reveal that while the nonlocal parameter consistently reduces the natural frequencies of the butterfly auxetic nanoshells due to its softening effect, the geometric parameters exert a significantly stronger and more decisive influence on the dynamic behavior of the structure.
Keywords
Butterfly-shaped auxetic structure, cylindrical nanoshells, Nonlocal theory, free vibrations