تحلیل آنالیز حساسیت ناپایداری و فرکانسی نانولوله‌های کربنی تک لایه حامل سیال در محیط ترمومغناطیسی با اثرات الاستیسیته سطح

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مهندسی پزشکی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد رامسر، رامسر، ایران

چکیده

در این تحقیق بر اساس تئوری غیرمحلی تیر اویلر برنولی به تحلیل آنالیز حساسیت ناپایداری و فرکانسی نانولوله‌های کربنی تک لایه حامل سیال پرداخته شده‌است. در این تحلیل اثرات محیط ترمومغناطیسی، تنش پسماند و الاستیسیته سطح، بستر ویسکوالاستیک و پارامتر غیرمحلی در استخراج معادلات حاکم بر حرکت سیستم اعمال شده‌است. برای حل معادلات حاکم از روش گالرکین به همراه توابع شکل مثلثاتی متناظر با شرایط مرزی استاندارد شامل تکیه‌گاه ساده، ساده-گیردار-ساده و گیردار-گیردار در دو انتهای نانولوله استفاده شده‌است. با استخراج ماتریس‌های جرم، سفتی و استهلاک سیستم، مقادیر ویژه و سرعت بحرانی متناظر با آستانه ناپایداری محاسبه شده‌است. برای تحلیل آنالیز حساسیت میدان مغناطیسی، تغییرات دما در دو حالت دمابالا و دماپایین، طول نانولوله، قطر خارجی نانولوله و پارامتر غیرمحلی به‌عنوان فاکتورهای ورودی در نظر گرفته شده‌اند. اثر میزان حساسیت هریک از فاکتورهای ورودی بر سرعت بحرانی سیال و فرکانس‌های طبیعی نانولوله کربنی حامل سیال به‌صورت کیفی و کمی محاسبه و با نرمالیزه‌کردن با یکدیگر مقایسه شده‌است. نتایج تحلیل آنالیز حساسیت انجام‌شده را می‌توان در طراحی بهینه یا هدف محور نانولوله‌های کربنی تک لایه حامل سیال در کاربردهای مختلف به‌ویژه در به‌کارگیری در تحویل داروهای برای از بین بردن سلول‌های سرطانی مورد استفاده قرار داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Instability and frequency sensitivity analysis of single-walled carbon nanotubes conveying fluid under thermomagnetic field considering the surface effect

نویسندگان [English]

  • hedyeh mahjoub 1
  • Habib Ramezannejad Azarboni 2
1 Department Biomedical Engineering-biomechanic, Faculty of Medical Science and Technology, Science and Research Branch, Islamic Azad University,Tehran,Iran
2 aDepartment of Mechanical Engineering, Ramsar branch, Islamic Azad University, Ramsar, Iran
چکیده [English]

In this investigation according to the nonlocal nonlinear Euler-Bernoulli beam theory, the instability and frequency sensitivity analysis of single-walled carbon nanotube conveying fluid is studied. The thermomagnetic field, residual stress and surface elasticity, viscoelastic foundation and small-scale effects on the governing equation of single-walled carbon nanotube are taken into account. The Galerkin decomposition method with the trigonometric shape functions corresponding to the standard boundary conditions including simple-simple, clamped-simple and clamped-clamped at two ends of carbon nanotube are employed to solve. The eigenvalues and critical fluid velocity in the threshold of instability of system are computed by extracting the mass, stiffness and damping matrices. The magnetic intensity, change of temperature in the cases of high and low-temperature conditions, length of nanotube, outer diameter of nanotube and small scale parameters are conceded as the input factors for sensitivity analysis. The qualitative and quantitative effects of input factors on the critical fluid velocity and natural frequencies of single-walled carbon nanotube are computed and compared with together by normalization. The results of sensitivity analysis of present work can be used for optimal or target design of single-walled carbon nanotube for different applications especially for drug delivery to kill metastatic cancer cells.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Single-walled carbon nanotube
  • Sensitivity analysis
  • Thermomagnetic Field
  • Critical Flow Velocity
  • Residual Stress and Surface Elasticity
[1] J. Yoon, C.Q. Ru, A. Mioduchowski, Flow-induced flutter instability of cantilever carbon nanotubes, International Journal of Solids and Structures, 43(11-12) (2006) 3337-3349.
[2] H.L. Lee, W.J. Chang, Surface effects on frequency analysis of nanotubes using nonlocal Timoshenko beam theory, Journal of Applied Physics, 108(9) (2010).
[3] H.L. Lee, W.J. Chang, Vibration analysis of a viscous-fluid-conveying single-walled carbon nanotube embedded in an elastic medium, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 41(4) (2009) 529-532.
[4] Y. Zhen, B. Fang, Thermal–mechanical and nonlocal elastic vibration of single-walled carbon nanotubes conveying fluid, Computational Materials Science, 49(2) (2010) 276-282.
[5] P. Soltani, M.M. Taherian, A. Farshidianfar, Vibration and instability of a viscous-fluid-conveying single-walled carbon nanotube embedded in a visco-elastic medium, Journal of Physics D: Applied Physics, 43(42) (2010).
[6] F. Kaviani, H.R. Mirdamadi, Influence of Knudsen number on fluid viscosity for analysis of divergence in fluid conveying nano-tubes, Computational Materials Science, 61 (2012) 270-277.
[7] T.P. Chang, Thermal–mechanical vibration and instability of a fluid-conveying single-walled carbon nanotube embedded in an elastic medium based on nonlocal elasticity theory, Applied Mathematical Modelling, 36(5) (2012) 1964-1973.
[8] L. Wang, Vibration analysis of fluid-conveying nanotubes with consideration of surface effects, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 43(1) (2010) 437-439.
[9] F. Liang, Y. Su, Stability analysis of a single-walled carbon nanotube conveying pulsating and viscous fluid with nonlocal effect, Applied Mathematical Modelling, 37(10-11) (2013) 6821-6828.
[10] Z. Zhang, Y. Liu, B. Li, Free vibration analysis of fluid-conveying carbon nanotube via wave method, Acta Mechanica Solida Sinica, 27(6) (2014) 626-634.
[11] J. Zhang, S.A. Meguid, Effect of surface energy on the dynamic response and instability of fluid-conveying nanobeams, European Journal of Mechanics - A/Solids, 58 (2016) 1-9.
[12] L. Wang, Y. Hong, H. Dai, Q. Ni, Natural Frequency and Stability Tuning of Cantilevered CNTs Conveying Fluid in Magnetic Field, Acta Mechanica Solida Sinica, 29(6) (2016) 567-576.
[13] R. Bahaadini, M. Hosseini, Effects of nonlocal elasticity and slip condition on vibration and stability analysis of viscoelastic cantilever carbon nanotubes conveying fluid, Computational Materials Science, 114 (2016) 151-159.
[14] R. Bahaadini, M. Hosseini, M. Amiri, Dynamic stability of viscoelastic nanotubes conveying pulsating magnetic nanoflow under magnetic field, Engineering with Computers, (2020).
[15] S. Oveissi, S.A. Eftekhari, D. Toghraie, Longitudinal vibration and instabilities of carbon nanotubes conveying fluid considering size effects of nanoflow and nanostructure, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 83 (2016) 164-173.
[16] S. Oveissi, A. Ghassemi, Longitudinal and transverse wave propagation analysis of stationary and axially moving carbon nanotubes conveying nano-fluid, Applied Mathematical Modelling, 60 (2018) 460-477.
[17] M. Sadeghi-Goughari, S. Jeon, H.J. Kwon, Fluid structure interaction of cantilever micro and nanotubes conveying magnetic fluid with small size effects under a transverse magnetic field, Journal of Fluids and Structures, 94 (2020).
[18] M. Sadeghi-Goughari, S. Jeon, H.J. Kwon, Effects of magnetic-fluid flow on structural instability of a carbon nanotube conveying nanoflow under a longitudinal magnetic field, Physics Letters A, 381(35) (2017) 2898-2905.
[19] M. Sadeghi-Goughari, S. Jeon, H.J. Kwon, Flutter instability of cantilevered carbon nanotubes caused by magnetic fluid flow subjected to a longitudinal magnetic field, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 98 (2018) 184-190.
[20] Q. Cheng, Y. Liu, G. Wang, H. Liu, M. Jin, R. Li, Free vibration of a fluid-conveying nanotube constructed by carbon nanotube and boron nitride nanotube, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 109 (2019) 183-190.
[21] R. Bahaadini, M. Hosseini, B. Jamali, Flutter and divergence instability of supported piezoelectric nanotubes conveying fluid, Physica B: Condensed Matter, 529 (2018) 57-65.
[22] Z.H. Li, Y.Q. Wang, Vibration and stability analysis of lipid nanotubes conveying fluid, Microfluidics and Nanofluidics, 23(11) (2019).
[23] H.M. Sedighi, Divergence and flutter instability of magneto-thermo-elastic C-BN hetero-nanotubes conveying fluid, Acta Mechanica Sinica, 36(2) (2020) 381-396.