بررسي اثر نقص هندسي در ميكرورزوناتورها و ميكروسوئيچ هاي ساخته شده از مواد مدرج تابعي با استفاده از تئوري هاي وابسته به ابعاد

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مكانيك

كارشناسي ارشد

چكيده امروزه با پيشرفت فناوري، سيستم‌هاي ميكروالكترومكانيك به طور گسترده‌اي در صنايع خودروسازي، پزشكي، رباتيك، هوافضا و ارتباطات استفاده مي‌شوند. از جمله مزاياي اين سيستم‌ها مي‌توان به ابعاد كوچك، مصرف انرژي پايين و قابليت توليد انبوه آنها اشاره كرد. راه‌اندازي اين سيستم‌ها به روش‌هاي متعددي امكان‌پذير بوده، كه در اين ميان، تحريك به روش الكترواستاتيك به دليل پاسخ‌دهي سريع متداول‌تر است. اين سيستم‌ها با توجه به نوع عملكرد، انواع مختلفي دارند، كه ميكرورزوناتورها و ميكروسوئيچ‌ها دو نمونه مهم و كاربردي آن‌ها مي‌باشند. اين سيستم‌ها از دو ميكروتير، يكي متحرك و ديگري ثابت تشكيل شده‌اند، كه با اعمال جريان الكتريكي ميكروتير متحرك به سمت الكترود زيرين منحرف مي‌شود. اگر ولتاژ اعمالي از حدي فراتر برود، بين دو ميكروتير اتصال برقرار شده و پديده ناپايداري كششي رخ مي‌دهد. در ميكرورزوناتور تحريك شده به روش الكترواستاتيك، ابتدا ميكروتير توسط ولتاژ مستقيم دچار جابه‌جايي اوليه شده و در ادامه با اعمال ولتاژ متناوب به نوسان واداشته مي‌شود. اين ارتعاشات اساس كار ميكرورزوناتورها را تشكيل مي‌دهند. حال آنكه در ساختمان ميكروسوئيچ تنها يك ولتاژ مستقيم، به منظور انحراف ميكروتير متحرك اعمال مي‌شود، تا آنجايي كه پديده ناپايداري رخ دهد. اين ناپايداري در سيستم‌هاي ميكروسوئيچ پديده‌اي مطلوب مي‌باشد. در اين پايان‌نامه به بررسي رفتار ارتعاشي ميكرورزوناتورها و تحليل ناپايداري ميكروسوئيچ‌ها پرداخته خواهد شد. در اين مطالعه ساختمان اين دو سيستم، متشكل از ميكروتير دوسرگيردار و يك‌سرگيردار ساخته شده از مواد مدرج تابعي در نظر گرفته شده است. همچنين به دليل فرايندهاي ساخت نامناسب، امكان وجود يك نقص اوليه در ميكروتير وجود دارد، كه در اين پژوهش تاثير اين پارامتر لحاظ شده است. مدلسازي اين سيستم‌ها با استفاده از تئوري‌هاي وابسته به ابعاد و نيز فرضيات تير اويلر-برنولي انجام شده است. در اين مطالعه اثر كشيدگي لايه مياني و ميدان‌هاي حاشيه‌اي نيز در نظر گرفته شده است. معادلات حركت توسط تئوري‌هاي غيركلاسيك كوپل تنش اصلاحي و نيز به كمك اصل هميلتون بدست مي‌آيد. همچنين به منظور كاهش مرتبه معادلات بدست آمده، از روش گالركين استفاده مي‌شود. در انتها به تحليل استاتيكي و ديناميكي نتايج بدست آمده، پرداخته خواهد شد. تحليل ديناميكي به كمك روش مقياس‌هاي چندگانه انجام خواهد شد و ارتعاشات غيرخطي ميكرورزوناتور مورد بررسي قرار مي‌گيرد. همچنين در تحليل استاتيكي از روش عددي مبتني بر تكرار، براي بررسي ناپايداري ميكروسوئيچ استفاده مي‌شود. نتايج نشان مي‌دهند كه، عدم توجه به نقص هندسي، خطاي قابل توجهي در محاسبات ايجاد مي‌كند. همچنين با مقايسه‌اي بين نتايج حاصل از تئوري‌هاي كلاسيك و غيركلاسيك، مشاهده مي‌شود كه سختي پيش‌بيني شده توسط تئوري‌هاي كلاسيك كمتر از مقدار واقعي بوده و لذا براي مدلسازي سيستم‌هاي ميكرو مناسب نيستند.

212606

طراحي كاربردي

فني مهندسي گلپايگان

دانشگاه صنعتي اصفهان

مهدي مجاهدي