تحلیل تغییر شکل استاتیکی و دینامیکی میکروتیر یک سر درگیر لایه نشانی شده با لایه ویسکوالاستیک تحت تحریک الکترواستاتیک

این پایان نامه به تحلیل تغییر شکل استاتیکی، فرکانس طبیعی و تحلیل دینامیکی میکروتیر تحت تحریک الکترواستاتیک می¬پردازد. میکروتیر با شرایط مرزی یکسر گیردار اویلر-برنولی فرض شده که در سمت مقابل آن صفحه الکترود ثابت قرار می¬گیرد و بر روی بخشی از طول میکروتیر، لایه ویسکوالاستیک لایه نشانی شده است. تحریک الکترواستاتیک با اعمال ولتاژ بین میکروتیر و الکترود مقابلش اعمال می¬شود. اهمیت این نوع ترکیب بندی در میکروسنسورهای جرم و آلاینده می¬باشد. در این ترکیب بندی با جذب ذرات آلاینده توسط لایه دوم، میکروتیر تغییر شکل می دهد. در نتیجه ظرفیت خازنی متشکل از میکروتیر و الکترود مقابلش تغییر کرده و باعث ایجاد جریان می شود. با اندازه گیری سیگنال حاصل از جریان میزان آلایندگی سنجیده می شود. در این بررسی اثرات غیرخطی تحریک الکتروستاتیک و اثرات غیرخطی هندسی و اینرسی درنظر گرفته می¬شود. معادلات حرکت غیرخطی با استفاده از اصل هامیلتون استخراج شده است. در استخراج معادلات اثر ویسکوالاستیک لایه دوم و فرض کوتاه شوندگی تار خنثی خمشی در نظر گرفته شده است. هم¬چنین مدل ویسکوالاستیک کلوین-ویت در نظر گرفته شده است که برای مواد ویسکوالاستیک جامد کاربرد دارد. حل استاتیکی ناشی از اعمال ولتاژ dc و فرکانس طبیعی حول موقعیت استاتیکی از روش گلرکین با استفاده از شکل مود خطی میکروتیر یکسر گیردار یکنواخت و هم چنین شکل مود خطی میکروتیر یکسر گیردار غیریکنواخت (غیر یکنواختی ناشی از اثر لایه ویسکوالاستیک) به¬دست آورده شده و نتایج آن با یکدیگر مقایسه شده است. پاسخ دینامیکی سیستم حول موقعیت استاتیکی ناشی از اعمال ولتاژ ac با استفاده از روش مقیاس¬های چندگانه در تئوری اغتشاشات و روش گلرکین به¬دست آورده می¬شود و نتیجه آن با حل عددی روش رانگ-کوتا مقایسه می¬شود. اثر پارامترهای مختلف سیستم مانند موقعیت لایه دوم، ضخامت لایه دوم، مقدار ولتاژ dc و ac اعمالی، مقدار میرایی و دیگر پارامترهای سیستم بر روی مقدار تغییر شکل استاتیکی، فرکانس طبیعی حول موقعیت استاتیکی، دامنه حل نوسانی و مقدار جابه¬جایی در فرکانس تشدید نسبت به حالت خطی مورد بحث و بررسی قرار می¬گیرد. هم¬چنین با ثابت نگه داشتن حجم لایه دوم، نحوه تغییرات فرکانس طبیعی، تغییرشکل استاتیکی و پاسخ دینامیکی میکروسیستم برای طول و ضخامت¬های مختلف از لایه دوم در سه حالت مختلف بررسی میگردد. در هر سه حالت ابتدا فرض می¬شود لایه دوم بر روی کل میکروتیر لایه نشانی شده است. در حالت اول یکسر آن درتکیه گاه گیردار ثابت در نظر گرفته، و از سمت دیگر از طول آن کاسته و به ضخامت افزوده می شود. در حالت دوم یکسر آن درانتهای آزاد میکروتیر ثابت درنظر گرفته می شود و از سمت دیگر از طول آن کاسته و به ضخامت افزوده می¬شود. در حالت سوم از طول لایه دوم از هر دو سمت کاسته و به ضخامت افزوده می¬شود. نتایج این تحقیق می¬تواند در طراحی بهینه میکروسیستم¬ها مانند میکروسوئیچ¬ها و میکروسنسورها مورد استفاده قرار گیرد.