عنوان

ارتعاشات ترمومکانیکی کوپل شده خمشی و پیچشی وابسته به اندازه یک نانو لوله لیپیدی حامل دارو

پ۲۸۷۶۹

per

ارتعاشات ترمومکانیکی کوپل شده خمشی و پیچشی وابسته به اندازه یک نانو لوله لیپیدی حامل دارو

بابک علیزاده حمیدی

مکانیک

۱۴۰۲

۱۳۸ص.

سی دی

دکتری

مهندسی مکانیک- طراحی کاربردی شاخه تخصصی دینامیک، ارتعاشات و کنترل

۱۴۰۲/۰۲/۲۰

در این رساله ارتعاشات کوپل خمشی-پیچشی یک نانولوله لیپیدی درلایه¬های پوستی مورد بررسی قرار می¬گیرد. عبور نانولوله در لایه پوستی می¬¬تواند در دو مسیر شانت و مسیر بین¬سلولی باشد. در مسیر شانت که یک مسیر مستقیم می¬باشد، ارتعاشات ترمومکانیکی پیچشی نانولوله بررسی می-شود. با توجه به اینکه شکل سطح مقطع نانوحامل در مسیر عبور می¬تواند تغییر کند بنابراین در بررسی ارتعاش پیچشی شکل سطح مقطع به صورت غیردایروی در نظر گرفته می¬شود. برای بررسی ارتعاشات پیچشی غیردایروی نانولوله برای اولین بار از تئوری پیچشی تیموشنکو-گر استفاده شد. در این تئوری از یک تابع شکل دلخواه در معادلات جابجایی پیچشی استفاده می¬شود که می¬تواند پیچش ساختارهای غیردایروی را مدل کند. همچنین با استفاده از این تئوری علاوه بر وجود کرنش¬های برشی در پیچش نانولوله، کرنش طولی نیز در ارتعاش پیچشی غیر دایروی ظاهر می¬شود در حالیکه در پیچش مقاطع دایروی تنها کرنش¬های برشی ظاهر می¬شود. وجود کرنش نرمال در ارتعاش پیچشی غیر دایروی سبب شده که بتوان تاثیر دما را نیز در معادلات لحاظ کرد. با در نظر گرفتن معادلات جابجایی و استفاده از تئوری گرادیان کرنش غیرموضعی بعنوان تئوری وابسته به اندازه برای نانولوله لیپیدی، معادله حاکم بر ارتعاش پیچشی نانولوله لیپیدی با در نظر گرفتن تحریک خارجی و نیروهای کششی-فشاری بدست می¬آید. با حل معادله حاکم فرکانس طبیعی وابسته به دما و پاسخ فرکانسی نانولوله لیپیدی بدست آمد. در قسمت نتایج فرکانس طبیعی پیچشی تیموشنکو-گر نشان می¬دهد که افزایش نسبت ابعاد نانولوله لیپیدی سبب افزایش و سپس کاهش فرکانس طبیعی می¬شود. همچنین یک ناحیه فروپاشی برای نانولوله لیپیدی جهت رهایش دارو، بر حسب دما و تنش¬های وارده بر نانولوله رسم می¬شود. در پاسخ فرکانسی بدست آمده برای نانولوله ، نسبت ابعاد نانولوله لیپیدی و فرکانس¬هایی که سبب ماکزیمم شدن پاسخ دینامیکی و در نتیجه سبب رهایش دارو می¬شود، مورد بررسی قرار می¬گیرد. در ادامه کمانش پیچشی نانولوله لیپیدی نیز در مسیر شانت بررسی می¬شود و نیروهای کمانش و دمای بحرانی کمانش نانولوله بر حسب پارامترهای نسبت ابعاد و نیروهای فشاری مختلف بررسی می¬شود. با در نظر گرفتن جابجایی¬های بزرگ برای نانولوله لیپیدی ارتعاشات غیرخطی پیچشی غیردایروی نانولوله لیپیدی در مسیر شانت نیز بررسی می¬شود. با استخراج معادلات حاکم غیرخطی فرکانس-های غیرخطی نانولوله لیپیدی با استفاده از روش هموتوپی بهبود یافته بدست می¬آید. همچنین پاسخ فرکانسی غیرخطی نانولوله نیز با روش آنالیز هموتوپی بدست آمد. در ادامه این رساله ارتعاشات کوپل خمشی-پیچشی نانولوله لیپیدی در مسیر بین سلولی مورد مطالعه قرار می¬گیرد. بدین منظور معادلات جابجایی برای نانولوله لیپیدی در حالت خمشی طبق تئوری تیموشنکو و برای جابجایی¬های پیچشی طبق تئوری پیچش تیموشنکو-گر در نظر گرفته می¬شود. معادلات ارتعاشاتی حاکم بر کوپل خمشی-پیچشی در مسیر بین سلولی در حالت ارتعاش آزاد و ارتعاش اجباری بدست می¬آید. با حل معادلات حاکم فرکانس¬های طبیعی کوپل خمشی-پیچشی بدست می¬آید. همچنین پاسخ فرکانسی کوپل خمشی و پیچشی نیز در مسیر بین سلولی بدست می¬آید. نتایج نشان می¬دهد که افزایش نسبت ابعاد نانولوله لیپیدی بیضوی سبب افزایش فرکانس طبیعی خمشی شده است. در مقابل فرکانس طبیعی پیچشی نانولوله لیپیدی با افزایش نسبت ابعاد ابتدا افزایش و سپس کاهش پیدا کرده است. افزایش نسبت ابعاد سبب می¬شود که فرکانس¬های متناظر با ماکزیمم دامنه ارتعاش، در ارتعاشات اجباری کاهش پیدا کند.

In this thesis, the bending-torsional coupled vibrations of the lipid nanotube in the skin layers are investigated. The movement of the nanotube in the skin layer can be in the shunt and the intercellular routes. In the shunt pathway with the straight path, torsional thermomechanical vibrations of the nanotube are investigated. During the movement, the cross-section shape of the nanocarrier can change, therefore, in the torsional vibration, the cross-section shape is considered non-circular. Timoshenko-Gere theory was used for the first time to investigate the non-circular torsional vibrations of nanotubes. In this theory, an arbitrary warping function is used in the torsional displacement equations, which can model the torsion of non-circular structures. In the Timoshenko-Gere torsional theory, in addition to the shear strains, the longitudinal strain also appears in non-circular torsional vibration, while in the torsional vibration of the nanotube with circular sections only shear strains appear. The effect of temperature in the equations can be considered due to the normal strain in non-circular torsional vibration. By considering displacement equations and using nonlocal strain gradient theory as a size-dependent theory for lipid nanotubes, the governing equation of the torsional vibration of lipid nanotubes is obtained by considering external harmonic force and tensile-compressive loads. In the results section, the Timoshenko-Gere torsional natural frequency shows that increasing the aspect ratio causes to increase and then a decrease in the natural frequency. Also, a collapse region for the lipid nanotube to drug release is shown versus the temperature and applied stresses. In the frequency response of the nanotube, the aspect ratio of the lipid nanotube on the maximum dynamic response of nanotubes is investigated. Also, the torsional buckling of the lipid nanotube is investigated in the shunt pathway, and the buckling forces and the critical temperature of the nanotube are investigated versus the aspect ratio and different compressive forces. Considering the large displacements for lipid nanotubes, non-circular torsional nonlinear vibrations of lipid nanotubes in the shunt pathway are also investigated. By extracting the nonlinear governing equations, the nonlinear frequencies of the lipid nanotubes are obtained using the modified homotopy perturbation method. Also, the nonlinear frequency response of the nanotube was obtained by the homotopy analysis method. Also, the couple bending-torsional vibrations of lipid nanotubes in the intercellular path are studied. For this purpose, displacement fields for lipid nanotubes in a bending vibration are considered based on the Timoshenko beam theory, and for torsional displacements based on the Timoshenko-Gere torsion theory. The governing equations of couple bending-torsional vibration in the intercellular pathway are obtained. By solving the governing equations the natural frequencies and the frequency response are obtained in the intercellular pathway. The results show that the increase in the aspect ratio of elliptical lipid nanotubes caused an increase in the bending natural frequency. Also, with the increase in the aspect ratio, the torsional natural frequency of the lipid nanotube increased and then decreased. Increasing the aspect ratio causes the corresponding frequencies of the maximum vibration amplitude to decrease in the coupled forced vibrations

Size-dependent coupled flexural and torsional thermomechanical vibration of a drug-carrying lipid nano-tubule

‏علیزاده حمیدی،

بابک

تهیه کننده

‏حسن نژاد،

داداش زاده،

رضا

بهنام

استاد راهنما

استاد مشاور

‏ تبریز