Borofen ve silisen nanotüplerin boyut etkisi altında matematiksel modeli ve moleküler dinamik ile titreşim ve burkulma hesabı
Vibration and buckling anlysis of borophen and silicen nanotubes under dimensional impact using mathematical model and molecular dynamics
Yazar: KADİR MERCAN
Danışman: PROF. DR. ÖMER CİVALEK
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Bor nitrür = Boron nitride ; Frekans = Frequency ; Kararlılık = Stability ; Moleküler dinamik = Molecular dynamic ; Nanotüp = Nanotube ; Silisyum karbür = Silicon carbide

Özet:
Bu tez kapsamında nanometre ölçeğinde olan nanotüplerden karbon nanotüpten sonra en geniş kullanım alanına sahip olan silisen ve borofen bazlı silisyum karbür ve bor nitrür nanotüplerinin titreşim ve burkulma davranışları incelenmiştir. Burkulma ve titreşim analizlerini yapmak için hem matematiksel model oluşturup klasik ve boyut etkisi dahil edilen yerel olmayan elastisite kullanılarak hem de moleküler dinamik simülasyon yöntemleri kullanılarak 5 nanometre uzunluktan 15 nanometre uzunluğa koltuk ve zikzak kiraliteye sahip silisyum karbür ve bor nitrür nanotüpler incelenmiştir. Her iki ucundan ankastre mesnetlenmiş nanotüpler ve bir ucu ankastre mesnetlenmiş diğer ucu serbest olan nanotüplere ait analizler yapılmıştır. Klasik sürekli mekanik modelinin kullanıldığı boyut etkisiz  durumda Euler-Bernoulli kiriş teorisi, boyut etkisinin dikkate alındığı durumda ise yerel olmayan elastisite teorisi kullanılarak analizler yapılmıştır. Yerel olmayan elastisiteyle titreşim analizleri hem çubuk modeli hem kiriş modeli kullanılarak yapılmıştır. Moleküler dinamik simülasyonları için iki farklı analiz paketi olan LAMMPS ve GROMACS içlerinde ayrı ayrı Lennard-Jones ve Tersoff potansiyelleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. İki mesnetlenme durumu karşılaştırıldığında her iki ucu ankastre mesnetlenmiş durumlarda elde edilen burkulma yüklerinin moleküler dinamik simülasyonu kullanıldığında elde edilen sonuçlardan bir ucu ankastre diğer ucu serbest olan durumlarla karşılaştırıldığı zaman daha uzak olduğu açıkça görülmüştür.  Her iki ucun ankastre mesnetlendiği durumlarda genellikle seçilen nanotüp uzunluğu aralığında tek bir nanotüp uzunluğunda elde edilen matematiksel model ve moleküler dinamik simülasyonu sonuçlarının  birbirine çok yakın elde edildiği, diğer durumlarda ortalama %1 ile %50 arasında fark olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this thesis, vibration and buckling behavior of silicon carbide and boron nitride nanotubes, which are based on silicene and borophene structures and have the widest use after carbon nanotubes, is investigated. Silicon carbide and boron nitride nanotubes with armchair and zigzag chirality from 5 nanometers to 15 nanometers lengths are investigated by using both mathematical model and molecular dynamics simulation methods to perform buckling and vibration analyses. Mathematical model is used for both classical and size effective analyses. Nanotubes fixed at both ends and nanotubes fixed at one end and free at the other end are analyzed. Analyzes are made using the Euler-Bernoulli beam theory in the size effect neglected condition using the classical continuous mechanics model, and using the nonlocal elasticity theory in the case of the size effect is taken into consideration. Vibration analyzes with non-local elasticity were performed using both the rod model and the beam model. For molecular dynamics simulations, two different analysis packages, LAMMPS and GROMACS, were performed separately using Lennard-Jones and Tersoff potentials. When the two support cases are compared, it is clearly seen that the results obtained when using the molecular dynamics simulation of the buckling loads obtained in the cases fixed at both ends are farther when compared to the cases with one end fixed and the other free. It has been observed that the mathematical model and molecular dynamics simulation results agree in a specific single nanotube length in the selected nanotube length range in cases where both ends are fixed, while in other cases there is an average difference between 1% and 50%.