نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

تحلیل تئوری غیرموضعی ارتعاشات آزاد نانوتیرهای فراماده آگزتیک گرافن اوریگامی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی‌مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران
2 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران
3 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه صنعتی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران
10.22060/mej.2026.26569.8024
چکیده
در این پژوهش، ارتعاشات آزاد نانوتیرهای فراماده آگزتیک گرافن اوریگامی با استفاده از تئوری غیرموضعی ارینگن و تئوری تیر اویلر-برنولی مورد بررسی قرار می‌گیرد. نانوتیرهای تقویت‌شده با گرافن اوریگامی به دلیل ساختار هندسی خاص خود که شامل الگوهای تاخوردگی در مقیاس نانو است، رفتار آگزتیک از خود نشان می‌دهند. این رفتار ناشی از باز شدن تدریجی تاهای گرافن تحت کشش است که باعث انبساط عرضی ماده شده و در نتیجه، برخلاف مواد معمولی، در راستای عمود بر نیروی اعمالی منبسط می‌شود. خواص مؤثر ماده مرکب شامل مدول یانگ، چگالی و ضریب پواسون با استفاده از روابط همگن‌سازی و توابع اصلاح وابسته به دما و تاخوردگی محاسبه می‌شوند. معادلات حاکم با استفاده از روش انرژی، جداسازی مکان-زمان و معادلات تعمیم یافته لاگرانژ و فرکانس‌های طبیعی با حل مسئله مقدار ویژه استخراج می‌گردند. فرکانس‌های طبیعی بی‌بعد نانوتیر دو سر ساده با مطالعات موجود اعتبارسنجی شد. نتایج نشان می‌دهد که افزایش درصد وزنی گرافن اوریگامی، به دلیل افزایش مدول یانگ و کاهش چگالی، فرکانس طبیعی نانوتیر را افزایش می‌دهد. همچنین افزایش تاخوردگی، اگرچه خاصیت آگزتیک را تقویت می‌کند، اما به دلیل کاهش مدول یانگ، فرکانس طبیعی را کاهش می‌دهد. افزایش طول نانوتیر به دلیل افزایش جرم نانوتیر و همچنین افزایش پارامتر غیرموضعی به دلیل کاهش سفتی موثیر تیر نیز موجب کاهش فرکانس طبیعی می‌شوند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Nonlocal Theoretical Analysis of Free Vibration of Graphene Origami Auxetic Metamaterial Nanobeams

نویسندگان English

Muthanna Abdulrazzaq Qraibi 1
Saeid Feli 2
Mehdi Ranjbar-Roeintan 3
1 Department of Mechanical Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran
3 Department of Mechanical Engineering, Kermanshah University of Technology, Kermanshah, Iran
چکیده English

In this research, the free vibration of graphene origami auxetic metamaterial nanobeams is investigated using Eringen's nonlocal elasticity theory and Euler-Bernoulli beam theory. Graphene origami-reinforced nanobeams exhibit auxetic behavior due to their specific geometric structure, which includes folding patterns at the nanoscale. This behavior arises from the gradual unfolding of graphene folds under tension, causing lateral expansion of the material, and consequently, unlike conventional materials, it expands in the direction perpendicular to the applied force. The effective material properties including Young's modulus, density, and Poisson's ratio are calculated using homogenization relations and correction functions dependent on temperature and folding degree. The governing equations are derived using the energy method, space-time separation, generalized Lagrange equations, and natural frequencies are extracted by solving the eigenvalue problem. The dimensionless natural frequencies of the simply-supported nanobeam are validated against existing studies. The results indicate that increasing the weight percentage of graphene origami increases the natural frequency of the nanobeam due to the increase in Young's modulus and decrease in density. Furthermore, increasing the folding degree, while enhancing the auxetic property, reduces the natural frequency due to the decrease in Young's modulus. Increasing the nanobeam length due to increased mass and also increasing the nonlocal parameter due to reduced effective stiffness of the beam lead to a decrease in the natural frequency.

کلیدواژه‌ها English

Graphene origami, Auxetic metamaterial, Free vibration, Eringen'
s nonlocal theory, Folding effect,

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 16 مهر 1405