تحليل ارتعاشات غيرخطي و آشوبناك نانوتير تحت نيروي الكترواستاتيك بر اساس تئوري هاي الاستيسيته غيركلاسيك

دكتري تخصصي

با توسعه‌ي روز افزون در صنعت ميكرو/نانوسازه‌ها، شاهد به‌كارگيري وسيعِ سيستم‌هاي ميكرو/نانوالكترومكانيك در ساخت انواع حس‌گرهاي جرم، فشار، دما، حس‌گرهاي شيميايي به‌منظور اندازه‌گيري غلظت مولي مواد، محرك‌ها و تشديدگرها در ابعاد بسيار كوچك هستيم. از ويژگي‌هاي اساسي اين ادوات، وزن پائين، ابعاد كوچك، حساسيت و قابليت اعتماد بالا، استحكام بالا و همچنين هزينه‌ي ساخت كم مي‌باشد. از اين جهت، مطالعه‌ي دقيق رفتار استاتيكي و ديناميكي آن‌ها سهم بسزايي در طراحي و ساخت هر چه بهتر اين ادوات الكترومكانيكي دارد. در اين رساله، به تحليل رفتار ديناميك غيرخطي و آشوبناك نانوتيرهاي خازني تحت تحريك الكترواستاتيك، با درنظرگرفتن نيروهاي توزيعي بين مولكولي پرداخته شده است. اثرات اندازه و سطحي به ترتيب بر اساس الاستيسيته‌ي غير كلاسيك كوپل-تنش سازگار و تئوري الاستيسيته سطحِ ارائه شده توسط گورتين و مورداك مدل‌سازي شده اند. از آنجايي كه اغلب اين سيستم‌ها موارد كاربرد حسگري يا محركي دارند، به‌دليل اهميتِ حساسيت بالاي اين سيستم‌ها به عوامل خارجي، از نانوتيرهايي با نسبت طول به ضخامت بالا در ساخت اين ادوات استفاده مي‌شود. از اين جهت، معادلات حاكم بر سيستم با فرض تير اويلر-برنولي و با استفاده از اصل هميلتون استخراج شده است. در اين رساله براي اولين بار، به تحليل رفتار آشوبناك نانوتير خازني با درنظرگرفتن اثرات اندازه و سطحي در قالب تئوري هاي الاستيسيته غيركلاسيك، به همراه اثر نيروهاي پراكنشي بين مولكولي پرداخته شده است. از آنجايي‌كه در ديناميك نانوتير خازني تحت تحريك دوسويه الكترواستاتيك مدار هوموكلينيك گسترش مي‌يابد، به‌ازاي مقادير مشخص از پارامترهاي تحريك خارجي، سيستم مستعد رفتار آشوبناك است. در اين حالت، نواحي پايدار و ناپايدار مربوط به پارامترهاي نيروي الكترواستاتيك اعم از دامنه ولتاژ متناوب و مستقيم و فركانس تحريك خارجي، با استفاده از دياگرام‌هاي انشعاب به-دست آمده است. همچنين براي رفتار حالت ماندگار تناوبي (نانوتير تحت تحريك يك‌سويه الكترواستاتيك)، اثر پارامتر اندازه، اثرات سطحي و نيروهاي بين مولكولي كازيمير بر رفتار پاسخ-فركانسي سيستم در نزديكي تشديد اوليه و فوق هارمونيك مورد مطالعه قرار گرفت. به‌علاوه، با انجام آناليز حساسيت ميزان وابستگي پاسخ ديناميكي سيستم نِمز به هر يك از پارامترهاي مربوط به اثرات ريزساختاري مشخص گرديد. از نتايج به‌دست آمده در اين رساله مي توان براي ساخت، طراحي و كنترل حس‌گرها، محرك‌ها و تشديدگرها در قالب سيستم هاي نانو/ميكروالكترومكانيك خازني تحت نيروي يك‌سويه و دوسويه الكترواستاتيك استفاده نمود.

196060

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مكانيك

آقاي دكتر شاهرخ حسيني هاشمي