Расчет критической скорости флюида, протекающего в однослойной углеродной нанотрубке в полимерной матрице

Начиная с 1990-х годов прошлого века, нанотрубки широко используют в нанофизике, нанобиологии и наномеханике для транспортировки жидкости, в виде наноконтейнеров - для хранения газа, и для других целей.. Они представляют собой полую цилиндрическую структуру диаметром от десятых до нескольких десятков нанометров и длиной от одного микрометра до нескольких сантиметров. Нанотрубки обладают высокой электропроводностью и превосходящей сталь прочностью. Рассмотрение проблемы взаимодействия «жидкость-нанотрубка» на нано-уровне сопряжено со значительными трудностями и является дорогостоящим. Это основные причины расчетного исследования динамической устойчивости нанотрубок, транспортирующих жидкость, с использованием модели упругой балки Эйлера или Тимошенко. В данной статье рассматривается динамическая устойчивость монослойной углеродной нанотрубки, встроенной в полимерную матрицу. Динамика и устойчивость исследовались на основе модели балки Эйлера и применения обобщенного дифференциально-квадратичного метода. Исследуемая трубка встроена в полимерную матрицу и имеет шарнирное опирание. Для изучения влияния окружающей упругой среды (например, полимера) на устойчивость трубы вводится эластичное основание Пастернака. Представлено дифференциальное уравнение, описывающее поперечные колебания нанотрубки, встроенной в полимерную матрицу. Введены безразмерные параметры. Для дискретизации использована схема Чебышева-Гаусса-Лобато. Коэффициенты рассчитаны с помощью интерполяционных функций Лагранжа. Записана система однородных уравнений в матричной форме. Исследуется влияние отношения масс (отношения массы жидкости к общей массе жидкости и трубки) на величину критической скорости жидкости (скорость, при которой система теряет устойчивость) при различной изгибной жесткости основания Пастернака. Полученные результаты представлены в графической форме. Сделаны выводы об устойчивости системы. Установлено понижение критической скорости при увеличении массового отношения (отношения массы жидкости к сумме масс жидкости и трубки на единицу длины).