تحلیل رفتار غیر خطی، دینامیک آشوبناک و کنترل ناپایداری میکروتیر خازنی با تحریک پارامتریک پیزوالکتریک

در این رساله رفتار غیر خطی، دینامیک آشوبناک و پایداری یک میکروتیرخازنی با تحریک پارامتریک پیزوالکتریک مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. در ابتدا مقدمه‏ای بر سیستم‏های میکروالکترومکانیکی و مسیر توسعه آنها و اهمیت به روز نمودن دانش داخلی ارائه شده است. در ادامه تاریخچه موضوعات مهم و مطرح در زمینه دینامیک میکروساختارها که در ارتباط با رساله حاضر هستند، مطرح شده و سعی شده است تاریخچه مبتنی بر تحول و توسعه ارائه شود. در انتهای هر بخش از پیشینه تحقیق، جایگاه رساله در بین تحقیقات پیشین، نوآوری‏ها و لزوم انجام تحقیق مورد بحث قرار گرفته است. معادلات حاکم مدل‏های مورد بررسی شامل میکروتیر ساندویچ شده با لایه‏های پیزوالکتریک تحت تحریک همزمان الکترواستاتیک و میکروتیر با ساختار هدف‏مند پیزوالکتریک و سیلیکون با استفاده از دو روش نیوتن و همیلتن استخراج شده‏اند. دینامیک غیر خطی غیرآشوبناک مدل تیر خازنی تحت تحریک هم‏زمان پیزوالکتریک و الکترواستاتیک با استفاده از تئوری اغتشاشات و روش مقیاس‏های زمانی چندگانه در نزدیکی رزونانس‏های اولیه و ثانویه تحلیل شده است؛ با توجه به اینکه پاسخ روش اغتشاشات به ازای ضرایب کیفیت بسیار بالا و دامنه تحریک متناوب بسیار کوچک معتبرند، نتایج به ازای ولتاژهای متناوب با دامنه بالاتر و ضرایب کیفیت پایین‏تر بوسیله روش عددی پرتابه‏ای بدست آمده و در حالت خاص با نتایج روش اغتشاشات صحه‏گذاری شده‏اند. یکی از نوآوری‏های این پژوهش انتقال دو طرفه ناحیه رزونانسی و از بین بردن باند پولین در پاسخ فرکانسی با استفاده از تحریک پیزوالکتریک است. در ادامه دینامیک آشوبناک مدل ارائه شده تحت تحریک هم‏زمان دوگانه الکترواستاتیک و پیزوالکتریک مطالعه شده است. دینامیک آشوبناک سیستم با استفاده از معیار کمی آنتروپی بر اساس پاسخ سیستم کاهش داده شده در صفحه پوآنکاره، و معیار کیفی طیف فرکانسی شناسایی شده است. جهت اطمینان از کیفیت آشوبناک پاسخ، تاریخچه‏های زمانی نیز ارائه شده‏اند. در نهایت با استفاده از تحریک لایه‏های پیزوالکتریک با ولتاژ مستقیم، پاسخ آشوبناک سیستم به رفتار عادی تبدیل شده است. یکی از مهمترین ناپایداری‏ها در ساختارهای mems ناپایداری پولین است. به عنوان یکی از نوآوری‏های رساله، از تحریک پارامتریک پیزوالکتریک برای پایدارسازی ناپایداری پولین و نواحی رزونانس پارامتریک استفاده شده است. تحلیل استهلاک ترموالاستیک به عنوان یکی از مهم‏ترین منابع استهلاک داخلی در ساختارهای mems دارای اهمیت است. در این رساله استفاده از ساختار هدف‏مند پیزوالکتریک و سیلیکون برای اولین بار پیشنهاد شده و به عنوان مطالعه موردی میکروتیر با ساختار هدف‏مند پیزوالکتریک-سیلیکون با استفاده از مدل لیفشیتز تحلیل شده است. تاثیر پارامترهای مختلف شامل پارامتهای هندسی و مشخصات مکانیکی، و نحوه توزیع مواد در ضرایب کیفیت مورد بررسی قرار گرفته‏اند. نتایج نشان می‏دهند که ساختار هدف‏مند پیزوالکتریک-سیلیکون باعث افزایش ضریب کیفیت رزوناتورهای میکروالکترومکانیکی می‏شود.