تحلیل ارتعاشات غیر خطی بازوی نانو کامپوزیتی یک میکروربات تحت تأثیر نیروی الکتروستاتیک و پیزوالکتریک همزمان با درنظر گرفتن کشش لایه میانی

در این پایان نامه به بررسی رفتار استاتیکی و دینامیکی غیر خطی یک بازوی میکرو ربات مورد استفاده در پزشکی در حین عمل برش رگ، که به صورت یک میکرو تیر مدل شده است، پرداخته می شود. برای دستیابی به ویژگی های برتری از جمله افزایش فرکانس طبیعی به منظور کوتاه شدن زمان پاسخ برای سیستم، میکرو عملگر از پلیمر تقویت شده با نانو لوله های کربنی تک جداره (swcnt) در نظر گرفته شده است. بستر پلیمری میکرو تیر، دارای خاصیت ویسکو الاستیک می باشد که از مدل کلوین-ویت برای مدل سازی آن استفاده می شود. هندسه ی میکرو تیر یکنواخت و همگن، سطح مقطع آن مستطیلی و شرایط مرزی برای آن دو سر گیر دار در نظر گرفته می شود. میکرو تیر تحت تحریک میدان الکتریکی و لایه پیزو الکتریک pzt می باشد. تحریک الکتریکی با اعمال یک ولتاژ ثابت dc و یک ولتاژ هارمونیک کوچک ac بین الکترود ثابت و میکرو تیر، اعمال می شود. تحریک پیزو الکتریک نیز توسط یک ولتاژ ثابت dc بین دو سطح لایه پیزو الکتریک به سیستم اعمال می شود. معادلات حاکم بر حرکت، با در نظر گرفتن تئوری تیر اویلر-برنولی غیر خطی، اثر کشیدگی لایه ی میانی و نیروی محوری، از اصل هامیلتون استخراج می شوند. تغییر شکل استاتیکی و فرکانس طبیعی ارتعاش آزاد سیستم حول موقعیت استاتیکی، توسط روش گالرکین حاصل می شوند. پاسخ دینامیکی غیر خطی میکرو تیر ویسکو الاستیک حول موقعیت استاتیکی در حالت تشدید اولیه، با استفاده از روش مقیاس های چندگانه در تئوری اغتشاشات و روش گالرکین با تقریب دو شکل متقارن اول به صورت نیمه تحلیلی بدست می آید. تأثیر پارامتر های مختلف طراحی از جمله ولتاژ الکترو ستاتیک، ولتاژ و طول لایه پیزو الکتریک و نسبت ضخامت میکرو تیر به لایه پیزو الکتریک بر روی تغییر شکل استاتیکی، فرکانس طبیعی و میرایی سیستم بررسی شده است. همچنین رفتار دینامیکی سیستم غیر خطی در حالت تشدید اولیه به ازای پارامتر های مختلف سیستم مورد بررسی قرار گرفته و علّت تغییر رفتار ارتعاشی میکرو تیر بر اثر تغییر پارامتر ها بیان شده است. در ادامه، محدوده ی پایدار و ناپایدار سیستم دینامیکی حول موقعیت استاتیکی برای نقطه ی تعادل، با تشکیل ماتریس ژاکوبین مطالعه و تحلیل شده است. افزایش میرایی به ازای افزایش ولتاژ تحریک الکتروستاتیک و لایه پیزو الکتریک، افزایش تغییر شکل استاتیکی و فرکانس طبیعی میکرو تیر با افزایش ولتاژ اعمالی به لایه پیزو الکتریک و کاهش دامنه ارتعاشات غیر خطی سیستم بر اثر کاهش دامنه تحریک ولتاژ ac، از جمله نتایج بررسی در این پایان نامه می باشد.