مطالعه ی ارتعاشات میکروتیر ساندویچی حاوی سیال مگنتورئولوژیکال

در دهه های اخیر تلاشهای گسترده ای توسط محققان برای تحلیل و طراحی مواد نو صورت گرفته است. با توجه به پیشرفتهای صنعتی گسترده امکان به کارگیری این مواد در صنایع پیشرفته به وجود آمده است. بدون شک یکی از مهمترین این مواد سیال مگنتورئولوژیکال می باشد که در بازار تجاری نیز اهمیت رو به گسترشی در کاربردهای کنترل ارتعاشات و انتقال گشتاور پیدا کرده است. جاذب های شوک،دمپرهای ارتعاشی و کلاچ ها از اصلی ترین کاربردهای سیال mr هستند. سیالات mr حاوی ذرات ریز مغناطیسی هستند که در یک سیال پایه غیر مغناطیسی مانند روغن های هیدروکربنات غوطه ورند. این سیالات در حضور میدان مغناطیسی با تشکیل زنجیره های ذرات مغناطیسی بصورت تقریبا جامد در می آیند و می توانند تنش های نسبتا بزرگی نیز تحمل کنند. بزرگترین مزیت سیال mr ایجاد تنش نسبتا بالا ، پایداری حرارتی و قابل اطمینان بودن آن است. چالش اصلی استفاده ازین مواد پایدار سازی و جلوگیری از ته نشینی ذرات آن است که در سال های اخیر تحقیقات و کارهای موثر زیادی روی این موضوع انجام گرفته است . تا حدود سال 1990 به دلیل عدم توانایی در کنترل رفتار این ماده ، کاربرد زیادی برای آن وجود نداشت ولی امروزه با وجود پردازشگرهای سیگنال دیجیتالی ، شدت میدان مغناطیسی وارد بر این سیال قابل کنترل است . میزان تغییر حالت این ماده به حالت جامد و در حقیقت افزایش تنش تسلیم آن ، به شدت میدان مغناطیسی ایجاد شده بستگی دارد . در این پژوهش ابتدا توصیفی از سیالات هوشمند و انواع آن صورت گرفته است. همچنین به خواص مغناطیسی مواد و نحوه ایجاد میدان الکترومغناطیسی که در سیستم های ارتعاشی سیال mr مورد نیاز می باشد، پرداخته شده است. از سوی دیگر در سالهای اخیر، با پیشرفت صنعت و امکان ساخت تجهیزات در مقیاس میکرو، استفاده از سیستمهایی در ابعاد میکرو که تحت عنوان سیستمهای میکرو الکترو مکانیکی شناخته می شوند، از اهمیت فراوانی برخوردار شده اند. سیستمهای میکرو الکترو مکانیکی قابلیت انجام عملیاتهای پیچیده در ابعاد میکرو و با دقت فراوان را دارند. کاربرد گسترده ی این سیستمها در صنایع لزوم هر چه بیشتر مطالعات تئوری و عملی را در این زمینه روشنتر می سازد. چند مشخصه اساسی برای بررسی میکروتیرها وجود دارد که در این میان پدیده pull-in مهمتر از سایر مشخصه ها است. در شرایط استاتیکی نیرو و گشتاور مکانیکی و الکترواستاتیکی برابر با هم هستند و میکرو محرک در شرایط پایدار به سر می برد. رفته رفته با افزایش ولتاژ نیروی الکترواستاتیکی افزایش می یابد و در هر موقعیت استاتیکی تعادل جدیدی با نیرو و گشتاور مکانیکی برقرار می سازد، اما این افزایش نیروی الکترواستاتیکی ادامه می یابد تا جایی که دیگر تحملی برای عضو مکانیکی در مقابله با نیروی الکترواستاتیکی وارده باقی نمی ماند و تعادل استاتیکی بر هم خورده و وارد شرایط دینامیکی ناپایدار غیر خطی میشود که محاسبه موقعیت میکرو تیر در این حالت امکان پذیر نیست و ناگهان میکرو تیر با سطح ثابت پایینی برخورد می کند. ولتاژی که به ازای آن، میکرو تیر در شرایطی قرار می گیرد که با افزایش بسیار کم ولتاژ، نیروی الکترواستاتیکی بیش از نیروی مکانیکی می شود و تعادل استاتیکی بر هم می خورد را به اصلاح ولتاژ pull-in نامگذاری کرده اند. در این پژوهش با طراحی یک میکروتیر سه لایه که لایه میانی آن حاوی سیال mr می باشد، فرکانس طبیعی سیستم بدست آمده و تاثیر پارامترهای مهمی مانند اندازه ی میدان مغناطیسی و نسبت ضخامت لایه های میکروتیر بررسی شده است. همچنین ضریب اتلاف که یکی از مشخصه های مهم سیستم هایی است که حاوی سیال mr هستند مورد مطالعه قرار گرفته است. معادلات حاکم بر سیستم با استفاده از قوانین همیلتون به دست آمده است. سپس ولتاژهای ناپایداری سیستم در دو حالت استاتیکی و دینامیکی محاسبه و مورد بررسی قرار گرفته است گفتنی است برای حل معادلات استاتیکی بدست آمده، از روش خطی سازی گام به گام استفاده شده است که روشی سریع و قابل اعتماد در بررسی روابط میان جابجایی عرضی و ولتاژ در میکرو تیر می باشد. برای حل معادلات دیفرانسیل غیر خطی دینامیکی سیستم، از روش رانج کوتا مرتبه چهارم استفاده شده است .