در سال¬¬های اخیر پیشرفت¬های گسترده¬ای در زمینه طراحی و ساخت نانوسازه¬ها صورت گرفته است. دستگاه¬های نانوالکترومکانیک یکی از مهمترین انواع نانوسازه¬ها می¬باشند که به سرعت در حال رشد و پیشرفت می¬باشند. همچنین با توجه به نیاز تکنولوژی جدید به سازه¬های با فرکانس¬های بالاتر به منظور حساسیت بیشتر مانند نانوحسگرها، این دستگاه¬ها بیش از پیش مورد توجه محققان قرار گرفته¬اند. به همین دلیل، مطالعه و تحقیق بر روی رفتار دینامیکی و ارتعاشاتی دستگاه¬های نانوالکترومکانیک به منظور تحلیل ارتعاشات، پایداری و همچنین محاسبه فرکانس های طبیعی و شکل مودها از اهمیت ویژه¬ای برخوردار است. به همین منظور در این پژوهش، برای اولین بار ارتعاشات غیرخطی یک نانولوله تک جداره دوار با هدف دستیابی به فرکانس های طبیعی، شکل مودها و محاسبه محدوده¬¬های پایداری و ناپایداری، تحلیل شده است. در ابتدا معادلات غیرخطی حاکم بر ارتعاشات نانولوله تک جداره دوار با استفاده از تئوری الاستیسیته غیرمحلی ارینگن استخراج شده و سپس، با استفاده از روش اغتشاشات حل گردیده¬اند. برای ارزیابی اعتبار پاسخ های به دست آمده، معادلات به دست آمده با مقالات سایر محققان مقایسه و نتایج این تحلیل با یک شبیه¬سازی عددی مقایسه شده است. در نهایت نتایج این پژوهش در قالب چندین نمودار ارائه شده اند که در آنها اثر پارامترهای مختلف مانند پارامتر غیرمحلی ، پارامتر نامیزانی ، میرایی و... بر روی ارتعاشات نانولوله تک جداره دوار بررسی شده است.

در این رساله برای اولین بار به بررسی کارائی چاه غیرخطی انرژی برای کاهش غیر فعال ارتعاشات سامانه روتور پرداخته شده است. منظور از سامانه روتور در اینجا بخش‏های متفاوت آن شامل بدنه روتور، پره و یاتاقان می‏باشد. بمنظور بررسی رفتار دینامیکی مجموعه، یک مدل پیچیده، کامل و غیرخطی برای سیستم روتوری در نظر گرفته شده است. در بخش ابتدائی به بررسی دینامیک غیرخطی سیستم روتور و دیسک، با در نظر گرفتن اثرات پره پرداخته شده است. در واقع اثر دو حالت صلب و انعطاف‏پذیر بودن پره بر رفتار سیستم تعیین شده است. از روش همیلتون برای استخراج معادلات استفاده شده است و برای کاهش تعداد معادلات از تبدیل مختصات کلمن و مختلط استفاده شده است. برای انجام آنالیز تحلیلی در این بخش از روش اغتشاشی مرتبه چندگانه استفاده شده است. در انتها بصورت تحلیلی تعیین شده است که معیار در نظر گرفتن پره بصورت انعطاف‏پذیر، فاصله فرکانسی پره و روتور است. در بخش بعدی اثر چاه غیرخطی انرژی روی کاهش ارتعاشات یک تیر چرخان به عنوان مدل ساده پره مورد بررسی قرار گرفته است. برای حل تحلیلی از روش متوسط‏گیری مختلط استفاده شده است. رفتار سیستم با نصب جاذب در محل‏های متفاوت و رخداد انشعابات هاپ، زین اسبی و نیروی بحرانی برای رخداد نوسانات تخفیف یافته، مورد بررسی قرار گرفته است. بیشترین محدوده‏ای که پدیده نوسانات تخفیف یافته در سیستم رخ می‏دهد، معیار کارائی جاذب و طراحی بهینه آن بوده است. بر این اساس بهترین مکان و پارامترهای چاه غیرخطی انرژی بهینه بصورت تحلیلی تعیین شده است. سپس با هدف کاهش دامنه ارتعاشات جانبی روتور به بررسی رفتار ارتعاشی روتوری که چاه‏های غیرخطی انرژی به آن متصل است، پرداخته ‏شده است. معادلات سیستم با استفاده از روش همیلتون استخراج شده است و برای کاهش تعداد معادلات از تبدیل‏های مختصات مودال و مختلط استفاده شده است. استفاده از روش متوسط‏گیری مختلط، غیرممکن بوده است و از روش بدیع ترکیبی مرتبه چندگانه و توازن هارمونیک برای حل تحلیلی استفاده شده است. در این بخش نیز براساس معیار بیشترین محدوده رخداد پدیده نوسانات تخفیف یافته، چاه بهینه بصورت تحلیلی طراحی شده است. در بخش بعدی کارائی چاه‏های غیرخطی انرژی نصب شده روی یاتاقان‏های ژورنال در کاهش ارتعاشات سیستم روتور- یاتاقان مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات سیستم در دو حالت با وجود چاه غیرخطی انرژی و بدون آن، با استفاده از روابط نیوتن استخراج شده است. برای مدل‏سازی لایه روغن از معادله رینولدز و فرض یاتاقان کوتاه استفاده شده است. با استفاده از الگوریتم ژنتیک، با هدف کاهش جذر میانگین ارتعاشات روتور در محدوده سرعت کاری، پارامترهای چاه‏‏ بهینه غیرخطی انرژی استخراج شده است. در فصل انتهائی به بررسی کارائی چاه‏های غیرخطی انرژی نصب شده روی دیسک‏ و یاتاقان‏های ژورنال، در کاهش ارتعاشات مجموعه روتور پیوسته، دیسک و پره، با دو تکیه‏گاه یاتاقان ژورنال پرداخته شده است. در این قسمت نیز با استفاده از الگوریتم ژنتیک، با هدف کاهش جذر میانگین ارتعاشات مجموعه در محدوده سرعت کاری، پارامترهای بهینه چاه‏‏های غیرخطی انرژی استخراج شده است. برای بررسی خواص ارتعاشی سیستم و تعیین خواص تناوبی، غیرتناوبی یا آشوبناک بودن، نمودارهای پاسخ زمانی، دیاگرام انشعاب، نگاشت پوانکاره، مدار دینامیکی و پاسخ فرکانسی ارتعاشات روتور، پره‏ها و یاتاقان استفاده شده است. با مقایسه بین پاسخ فرکانسی روتور با و بدون وجود چاه غیرخطی انرژی بهینه، کارائی بهینه آن مشخص شده است. در انتها پیشنهاداتی برای ادامه کار ارائه شده است.

چکیده ندارد.

در استوانه های جدار کلفت متقارن محوری، با افزایش فشار داخلی، تنش ها و جابه جایی ها نیز افزایش می یابند. برای کنترل تنش و جابه جایی، ضخامت و مادّه ی جداره ی استوانه را می باید تغییر داد. در این رساله، تغییرات توأم ضخامت و مادّه درنظر گرفته می شود که روش مدل سازی و تحلیل آن تاکنون انجام نشده است. تغییرات ضخامت در راستای طولی و تغییرات مادّه در راستای شعاعی فرض شده است. ابتدا استوانه با جدار ثابت و مادّه ی همگن با سه روش متفاوت: تئوری الاستیسیته ی مستوی (pet)، تئوری تغییر شکل برشی(fsdt) و روش اجزای محدود(fem)، تحلیل و نتایج آنها با یکدیگر مقایسه شده اند. سپس استوانه با جدار ثابت و مادّه ی ناهمگن(fgm) با روش های: 1- تئوری الاستیسیته ی مستوی(pet) با اصلاح و تکمیل پژوهش های موجود؛ 2- تئوری تغییر شکل برشی (fsdt) با سبکی نوین؛ 3- روش اجزای محدود(fem) به صورت ویژه تحلیل شده اند. مقایسه ی نتایج روش های بالا نشان می دهد که روش های نامبرده در پیش بینی جابه جایی ها و تنش ها موفّق عمل می کنند. در ادامه، استوانه با جدار متغیّر و مادّه ی همگن با تئوری تغییر شکل برشی مرتبه ی اوّل(fsdt) و تئوری اغتشاشات، تحلیل و نتایج آن با نتایج fem مقایسه شدند. در مرحله ی پسین، معادلات استوانه ها با جدار متغیّر و مادّه ی ناهمگن به کمک fsdt استخراج –که یک دستگاه معادلات دیفرانسیل ناهمگن با ضرایب متغیّر می شوند- و آنها با روش لایه ی مرزی(تئوری اغتشاشات) حلّ شده اند. مقایسه ی نتایج با نتایج fem نشان می دهد که هم خوانی بسیار خوبی دارند. درمجموع، مدل سازی مادّه ی fg در استوانه های جدار متغیّر، روش استخراج معادلات حاکم، راه حلّ معادلات بدست آمده و بررسی نتایج، از دستاوردهای این پژوهش می باشند. حلّ تحلیلی با نوشتن برنامه در محیط maple 11 و حلّ عددی با نرم افزار ansys 10 انجام شده است.

سیستمهای نانو الکترومکانیکی به علت خواص بسیار عالی و تواناییهایشان اخیراً مورد توجه زیادی قرار گرفته اند. عملگر پیچشی نانوالکتروستاتیک یکی از ادوات پر کاربرد در این سیستمها می باشد. عملگر پیچشی نانوالکتروستاتیک مورد تحلیل در این پایان نامه علاوه بر کاربرد در میکروسکوپ نیروی اتمی در وسائل ارتباطات نوری، اسکنهای لیزری، مدولاتورهای سبک، عملگرها و حسگرهای مورد استفاده در صنعت هوا فضا کاربرد دارد. طی این پروژه به منظور جلوگیری از پدیده پولین که یکی از پارامترهای مهم در طراحی عملگرهای پیچشی نانوالکتروستاتیک می باشد از کنترلر مود لغزشی و کنترلر مبتنی بر مدل دینامیکی (mba) استفاده شده و با کنترل گشتاور الکتروستاتیک، زاویه انحراف عملگر در موقعیت مطلوب تنظیم شده است. بدین منظور ابتدا برای بدست آوردن ولتاژ و زاویه انحراف پولین در شرایط مختلف، با استفاده از قانون اویلر معادلات حرکت بدون بعد شده استاتیکی و دینامیکی عملگر تحت اثر نیروهای واندروالس و دمپینگ استخراج و با استفاده از آنالیز کیفی نقاط تعادل و پایداری بررسی شده است. سپس با استفاده از کنترلر مود لغزشی و کنترلر مبتنی بر مدل دینامیکی، عملگر را بر روی مسیری که طراحی شده کنترل کرده و منحنی گشتاور الکتروستاتیک بر حسب زاویه انحراف بی بعد شده، بدست آمده و اثرات ضرایب کنترلی کنترلر مود لغزشی بررسی شده است. همچنین برای بررسی توانایی سیستم کنترلی mba به سیستم اغتشاش اعمال کرده و رفتار سیستم بررسی می شود، در نهایت مقایسه بین روشهای کنترلی به کار گرفته شده، برتری کنترلر mba را نشان می دهد.