محققان دانشگاه کاشان در تحقیقاتی تئوری، به مدلسازی نانوورقهای کربنی پرداختند که روی سطح آن‌ها یک پوشش نانومتری قرار دارد. در این طرح، امکان کنترل رفتار دینامیکی این نانوورق‌ها توسط عوامل مختلف، به منظور بهبود عملکرد آن‌ها در سازه‌های متفاوت بررسی شده است
کاشان: امکان کنترل رفتار دینامیکی نانوورقهای کربنی در سازه‌ها
نانوورقهای کربنی در سیستم‌های هوشمند میکروالکترومکانیک و نانوالکترومکانیک کاربردهای فراوانی دارند. در این تحقیق تلاش شده تا با استفاده از لایه‌های حسگر و محرک در سطوح زیر و بالای نانوورقهای کربنی، رفتار دینامیکی این نانو ورق‌ها تحت کنترل نیروی‌های دینامیکی اعمال شده قرار گیرد. به نظر می‌رسد وجود یک حسگر و محرک، در سطح آن‌ها سبب شود گستره‌ی کارایی این نانوورق‌ها افزایش یابد.
به گفته‌ی دکتر علی قربان‌پور، در این تحقیقات تئوری، یک نانو ورق کربنی در نظر گرفته شده که با لایه‌هایی نانومتری از اکسید روی پوشش داده شده و یک نانو سازه‌ی ساندویچی را تشکیل داده است. این لایه‌ها نقش حسگر و محرک را دارند. به این ترتیب، کنترل رفتار کمانش دینامیکی نانوسازه‌ی مذکور مورد بررسی و مدلسازی قرار گرفته است. این نتایج تئوری باعث افزایش دقت جواب‌ها جهت ساخت نمونه‌ی عملی آن خواهد شد.
قربان‌پور در ادامه افزود: «به کمک این نتایج می‌توان حسگرها و محرک‌هایی را برای نانو ورق‌های کربنی طراحی کرد و بدین ترتیب عملکرد آن‌ها را بهبود بخشید. همچنین با استفاده از پوشش اکسید روی، از خوردگی در نانو سازه‌ی مذکور جلوگیری کرد. از طرفی توانایی کنترل رفتار دینامیکی نانو سازه با استفاده از کنترلر فراهم می‌شود.»
از نتایج این طرح می‌توان در طراحی و ساخت نانو زلزله سنج‌ها، صنایع نفت و گاز، هوافضا، دریانوردی، ماشین‌ها و … استفاده نمود.
همانگونه که اشاره شد، در این تحقیق کمانش دینامیکی غیرخطی یک نانو ورق ساندویچی پیزوالکتریک تحلیل شده است. در واقع هسته این نانو ورق از یک نانو ورق کربنی ارتوتروپیک ویسکوالاستیک تحت میدان مغناطیسی تشکیل شده که با لایه‌های پیزوالکتریک ویسکوالاستیک اکسید روی (ZnO) تحت میدان الکتریکی پوشانده شده است. به منظور دست یابی به محدوده‌ی پایداری دینامیکی، از روش‌های عددی تفاضلات مربعی، تفاضلات مربعی هارمونیک و تفاضلات مکعبی استفاده شده است.
این محقق در خصوص نتایج حاصل شده نیز گفت: «طبق نتایج، با استفاده از کنترلر تناسبی-مشتقی، رفتار دینامیکی نانو سازه قابل کنترل است. این نوع کنترلر یکی از انواع کنترلر‌هاست که سیگنال ورودی سیستم را با جابجایی و سرعت سیگنال خروجی متناسب نموده و این فرایند را تا جایی ادامه می‌هد که پاسخ دینامیکی سازه متناسب و بهینه شود. در واقع اعمال ولتاژ خارجی به محرک، یک پارامتر مؤثر در کنترل سیستم است. همچنین با اعمال میدان مغناطیسی به نانو ورق کربنی، می‌توان محدوده‌ی پایداری دینامیکی سیستم را کنترل نمود.»
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر علی قربان پور آرانی- عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان- و دکتر رضا کلاه چی و دکتر محمد شریف زارعی- فارغ التحصیلان این دانشگاه- است که نتایج آن در مجله‌ی Composite Structures (جلد ۱۳۲، شماره ۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۵۰۶ تا ۵۲۶) منتشر شده است.
به گفته‌ی دکتر علی قربان‌پور، در این تحقیقات تئوری، یک نانو ورق کربنی در نظر گرفته شده که با لایه‌هایی نانومتری از اکسید روی پوشش داده شده و یک نانو سازه‌ی ساندویچی را تشکیل داده است. این لایه‌ها نقش حسگر و محرک را دارند. به این ترتیب، کنترل رفتار کمانش دینامیکی نانوسازه‌ی مذکور مورد بررسی و مدلسازی قرار گرفته است. این نتایج تئوری باعث افزایش دقت جواب‌ها جهت ساخت نمونه‌ی عملی آن خواهد شد.
قربان‌پور در ادامه افزود: «به کمک این نتایج می‌توان حسگرها و محرک‌هایی را برای نانو ورق‌های کربنی طراحی کرد و بدین ترتیب عملکرد آن‌ها را بهبود بخشید. همچنین با استفاده از پوشش اکسید روی، از خوردگی در نانو سازه‌ی مذکور جلوگیری کرد. از طرفی توانایی کنترل رفتار دینامیکی نانو سازه با استفاده از کنترلر فراهم می‌شود.»
از نتایج این طرح می‌توان در طراحی و ساخت نانو زلزله سنج‌ها، صنایع نفت و گاز، هوافضا، دریانوردی، ماشین‌ها و … استفاده نمود.
همانگونه که اشاره شد، در این تحقیق کمانش دینامیکی غیرخطی یک نانو ورق ساندویچی پیزوالکتریک تحلیل شده است. در واقع هسته این نانو ورق از یک نانو ورق کربنی ارتوتروپیک ویسکوالاستیک تحت میدان مغناطیسی تشکیل شده که با لایه‌های پیزوالکتریک ویسکوالاستیک اکسید روی (ZnO) تحت میدان الکتریکی پوشانده شده است. به منظور دست یابی به محدوده‌ی پایداری دینامیکی، از روش‌های عددی تفاضلات مربعی، تفاضلات مربعی هارمونیک و تفاضلات مکعبی استفاده شده است.
این محقق در خصوص نتایج حاصل شده نیز گفت: «طبق نتایج، با استفاده از کنترلر تناسبی-مشتقی، رفتار دینامیکی نانو سازه قابل کنترل است. این نوع کنترلر یکی از انواع کنترلر‌هاست که سیگنال ورودی سیستم را با جابجایی و سرعت سیگنال خروجی متناسب نموده و این فرایند را تا جایی ادامه می‌هد که پاسخ دینامیکی سازه متناسب و بهینه شود. در واقع اعمال ولتاژ خارجی به محرک، یک پارامتر مؤثر در کنترل سیستم است. همچنین با اعمال میدان مغناطیسی به نانو ورق کربنی، می‌توان محدوده‌ی پایداری دینامیکی سیستم را کنترل نمود.»
این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر علی قربان پور آرانی- عضو هیأت علمی دانشگاه کاشان- و دکتر رضا کلاه چی و دکتر محمد شریف زارعی- فارغ التحصیلان این دانشگاه- است که نتایج آن در مجله‌ی Composite Structures (جلد ۱۳۲، شماره ۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۵۰۶ تا ۵۲۶) منتشر شده است.
