امکان کنترل رفتار دینامیکی نانوورق‌های کربنی در سازه‌ها

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از ستاد نانو، 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 گستره کارایی این نانوورق‌ها افزایش یابد.

به گفته 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 سازه ساندویچی را تشکیل داده است. این لایه‌ها نقش حسگر و محرک را دارند. به این ترتیب، کنترل رفتار کمانش دینامیکی نانوسازه مذکور مورد بررسی و مدلسازی قرار گرفته است. این نتایج تئوری باعث افزایش دقت جواب‌ها جهت ساخت نمونه 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 سازه 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، هوا فضا، دریانوردی و ماشین‌ها استفاده کرد.

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 محدوده 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 محدوده پایداری دینامیکی سیستم را کنترل کرد».

این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر علی قربان پور آرانی، عضو هیئت علمی دانشگاه کاشان و دکتر رضا کلاه‌چی و دکتر محمد شریف زارعی، فارغ التحصیلان این دانشگاه است.