آنالیز دینامیکی ناپایداری کششی وابسته به اندازه در نانوعملگرهای پیچشی

نویسندگان

دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه شهرکرد

چکیده

در این مقاله تأثیر نیروی واندروالس و اثر اندازه برروی پایداری دینامیکی یک میکرو/ نانو آینة الکترواستاتیک پیچشی مدل یک درجه آزادی مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا معادلة حرکت سامانه استخراج­شده و سپس با استفاده از روش فضای حالت، معادلات دینامیکی حل شده و نتایج مورد نظر استخراج شده است. پارامترهای پولین سامانه شامل زاویة پیچش و ولتاژ مورد بررسی قرار گرفته و وابستگی آن­ها به نیروی واندروالس و اثرات اندازه نشان داده شده است. همچنین، نتایج نشان می­دهند که نقاط تعادل سامانه شامل نقاط سنتر، نقاط پایدار فوکوس و نقاط ناپایدار زینی هستند. منحنی­های فضای فازی مربوط به این نقاط، مسیرهای حلقوی متناوب، حلقه ­های هتروکلینیک و حلقه ­های هوموکلینیک را ایجاد خواهند کرد. علاوه­بر این، در مقالة حاضر با استفاده از مدل تنش کوپل اصلاح­شده، تأثیر اثر اندازه در دامنه و فرکانس ارتعاشی سامانه مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به­دست­آمده نشان می­دهد که مدل ارائه­شده تطابق بسیار خوبی با نتایج تجربی و آزمایشگاهی دارد.

کلیدواژه‌ها


Kirsch, V.A., “Calculation of the Van Der Waals Force Between a Spherical Particle and an Infinite Cylinder”, Advances in Colloid and Interface Science, Vol. 104, pp. 311-324, 2003.
Guo, J.G., and Zhao, Y.P., “Influence of Van Der Waals and Casimir Forces on Electrostatic Torsional Actuators”, Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 13, pp. 1027-1035, 2004.
Tadi Beni, Y., “Use of Augmented Continuum Theory for Modeling the Size Dependent Material Behavior of Nano-Actuators”, IJST, Transactions of Mechanical Engineering, Vol. 36, No. M1, pp. 41-52, 2012.
Tadi Beni, Y., Koochi, A., Kazemi, A.S., and Abadyan, M., “Modeling the Influence of Surface Effect and Molecular Force on Pull-In Voltage of Rotational Nano–Micro Mirror Using 2-DOF Model”, Canadian Journal Physics, Vol. 90, pp. 963-974, 2012.
Tadi Beni, Y., Abadyan, M., and Koochi, A., “Effect of the Casimir Attraction on the Torsion/Bending Coupled Instability of Electrostatic Nano-Actuators”, Journal of Physica Scripta, Vol. 84, pp. 1-9, 2011.
Tsiatas, G.C., and Katsikadelis, J.T., “A New Microstructure-Dependent Saintevenant Torsion Model Based on a Modified Couple Stress Theory”, European Journal of Mechanics A/Solids, Vol. 30, pp.741-747, 2011.
Tong, P., Yang, F., Lam, D.C.C., and Wang, J., “Size Effects of Hair-Sized Structures -Torsion”, Journal of Key Engineering Materials, Vol. 261, pp. 11-22, 2004.
Rezazadeh, G., Khatami, F., and Tahmasebi, A., “Investigation of the Torsion and Bending Effects on Static Stability of Electrostatic Torsional Micromirrors”, Microsystem Technologies, Vol. 13, No. 7, pp. 715-722, 2007.
Moeenfard, H., and Ahmadian, M.T., “Analytical Modeling of Static Behavior of Electrostatically Actuated Nano/micromirrors Considering Van Der Waals Forces”, Acta Mechanica Sinica, Vol. 28, pp.729-736, 2012.
Huang, J.M., Liu, A.Q., Deng, Z.L., Zhang, Q.X., Ahn, J., and Asundi, A., “An Approach to the Coupling Effect Between Torsion and Bending for Electrostatic Torsional Micromirrors”, Sensors and Actuators, A: Physical, Vol. 115, pp. 159-167, 2004.
Nemirovsky, Y., and Bochobza-Degani, O., “A Methodology and Model for the Pull-In Parameters of Electrostatic Actuators”, Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 10, No. 4, pp. 601-615, 2001.
Zhao, J.P., Chen, H.L., Huang, J.M., and Liu, A.Q., “A Study of Dynamic Characteristics and Simulation of MEMS Torsional Micromirrors”, Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 120, No. 1, pp.199-210, 2005.
Guo, J.G., and Zhao, Y.P., “Dynamic Stability of Electrostatic Torsional Actuators with Van Der Waals Effect”, International Journal of Solids and Structures, Vol. 43, pp. 675-685, 2006.
Khatami, F., and Rezazadeh, G., “Dynamic Response of a Torsional Micromirror to Electrostatic Force and Mechanical Shock”, Microsystem Technologies, Vol. 15, pp. 535-545, 2009.
Babaei Birdaei, F., and Behjat, B., “Analysis of Euler-Bernoulli Beam on Elastic Foundation Considering Nonlocal Effects in Nano Scale”, Aerospace Mechanic Journal, Vol. 13, No. 1, pp. 53-60, 2015 (in Persian).
Jalali, A., and Khadem, S.E., “Nonlinear Vibration and Dynamic Stability Analysis of a Nanocomposite Viscoelastic Microplate Under an Electrostatic Actuation”, Aerospace Mechanic Journal, Vol. 8, No. 3, pp. 51-68, 2012 (in Persian).
Zhang, X.M., Chau, F.S., Quan, C., Lam, Y.L., and Liu, A.Q., “A Study of the Static Characteristics of a Torsional Micromirror”, Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 90, pp. 73-81, 2001.