Bu çalışmada, elastik bir zemin üzerinde yer alan karbon nanotüp (KNT) takviyeli nanokirişlerin burkulma davranışı, Euler-Bernoulli kiriş teorisi çerçevesinde yerel olmayan elastisite teorisi ve yerel olmayan sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak incelenmiştir. KNT hacim oranı, yerel olmayan parametre, elastik zemin parametresi ve uzunluk/kesit kalınlığı oranı gibi parametrelerin kritik burkulma yükü üzerindeki etkileri analiz edilmiştir. Kısa ve uzun KNT takviyeleri dikkate alınarak KNT takviyeli nanokiriş modellenmiş ve mekanik özellikler karışım kuramı kullanılarak belirlenmiştir. KNT takviyeli nanokirişlerin kritik burkulma yüklerinin belirlenebilmesi amacıyla, Euler-Bernoulli kiriş teorisine dayalı olarak yerel olmayan etkileri de içeren rijitlik matrisleri ve kuvvet vektörleri türetilmiş ve analizler bu doğrultuda gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, KNT hacim oranının artmasının kritik burkulma yükünü önemli ölçüde artırdığını göstermektedir, bu da KNT'lerin nanokirişleri güçlendirmede önemli bir rol oynadığını ortaya koymaktadır. Diğer yandan, yerel olmayan parametre kritik burkulma yükünü olumsuz etkilemekte ve nanokirişin burkulma dayanımını azaltmaktadır. Ancak yerel olmayan parametrenin burkulma dayanımına olan etkisi ihmal edilebilir düzeydedir. Elastik zemin parametresi ise kritik burkulma yükünü pozitif yönde etkilemekte olup, burkulma direncini artırmaktadır. Bu bulgu, elastik zeminin nanokirişlerin yapısal stabilitesini geliştirmede önemli bir rol oynadığını göstermektedir. Uzunluk/kesit kalınlığı oranı da bir diğer önemli parametre olup, uzun ve ince nanokirişlerin burkulmaya daha yatkın olduğunu ve bu oranın artmasıyla birlikte kritik burkulma yükünün azaldığını göstermektedir. Yukarıda belirtilen dört parametrenin burkulma dayanımına olan etkisi sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak belirlendiği için bundan sonraki nano boyutlu kirişlerin sayısal olarak modellenmesi çalışmalarında elde edilen sonuçlar yol gösterici olacaktır.
Karbon nanotüp (KNT) takviyeli nanokirişler Kritik burkulma yükü Elastik zemin parametresi Sonlu elemanlar yöntemi Yerel olmayan elastisite teorisi
In this study, the buckling behavior of carbon nanotube (CNT) reinforced nanobeams on an elastic foundation is investigated using the nonlocal elasticity theory and nonlocal finite element method within the framework of Euler-Bernoulli beam theory. The effects of CNT volume fraction, nonlocal parameter, elastic foundation parameter and length-to-thickness ratio on the critical buckling load are analyzed. CNT reinforced nanobeam is modeled considering short and long CNT reinforcements, and mechanical properties are determined by the rule of mixtures. To determine the critical buckling loads of CNT reinforced nanobeams, stiffness matrices and force vectors, including nonlocal effects, are derived based on the Euler-Bernoulli beam theory and analyses are carried out accordingly. The results show that increasing the CNT volume fraction significantly increases the critical buckling load, suggesting that CNTs play an essential role in strengthening the nanobeams. On the other hand, the nonlocal parameter negatively affects the critical buckling load and decreases the buckling strength of the nanobeam. However, the effect of the nonlocal parameter on the buckling strength is negligible. The elastic foundation parameter positively affects the critical buckling load and increases the buckling resistance. This finding indicates that the elastic foundation plays an important role in improving the structural stability of the nanobeams. The length-to-thickness ratio is another important parameter, indicating that long and thin nanobeams are more prone to buckling and the critical buckling load decreases with increasing this ratio. Since the effects of the above-mentioned four parameters on the buckling strength were determined using the finite element method, the results obtained will guide the subsequent numerical modeling studies of nano-sized beams.
Carbon nanotube (CNT) reinforced nanobeams Critical buckling load Elastic foundation parameter Finite element method Nonlocal elasticity theory
Birincil Dil | İngilizce |
---|---|
Konular | İnşaat Mühendisliğinde Sayısal Modelleme, İnşaat Mühendisliği (Diğer) |
Bölüm | Makaleler |
Yazarlar | |
Yayımlanma Tarihi | 15 Mart 2025 |
Gönderilme Tarihi | 17 Ekim 2024 |
Kabul Tarihi | 17 Ocak 2025 |
Yayımlandığı Sayı | Yıl 2025 Cilt: 15 Sayı: 1 |