مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی ارتعاشات غیر خطی میکرو تیر تحت تحریک نیروی الکترواستاتیک با رفتار تنش-کرنش انالاستیک

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
2 استاد مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
چکیده
در این مقاله ارتعاشات غیر خطی میکرو تیرهای با رفتار ویسکو-انالاستیک تحت تحریک نیروی الکترواستاتیک و با در نظر گرفتن اثرات اندازه بررسی می‌شود. فرض می‌شود که میکرو تیر در ابتدا با ولتاژ مستقیم تحریک شده و سپس حول خیز استاتیکی به وجود آمده ناشی از این ولتاژ، با ولتاژ متناوب مرتعش می‌شود. با استفاده از رفتار تنش-کرنش وابسته به زمان مواد انالاستیک، معادله ساختاری تیر بر اساس تئوری تنش کوپل بهبود یافته استخراج شده است. همچنین با در نظر گرفتن نیروی الکترواستاتیک و نیروی کشیدگی لایه میانی معادله حرکت استخراج و با استفاده از روش گالرکین، معادله حرکت به معادله دیفرانسیل معمولی تبدیل شده است. سپس با استفاده از روش اغتشاشات به حل معادله پرداخته شده و منحنی پاسخ فرکانسی به دست می‌آید. اثر رفتار‌های مختلف مواد شامل الاستیک، ویسکو الاستیک و انالاستیک بعنوان مدل‌های تغییر شکل ماده و اثر پارامترهای شدت انالاستیک و زمان آزاد سازی بر ارتعاشات غیر خطی میکرو تیر‌ها مطالعه شده است. نتایج نشان می‌دهد که شناسایی رفتار تنش کرنش مواد استفاده شده در میکرو سازه‌ها به منظور شناسایی مدل تغییر شکل ماده بسیار مهم بوده و منحنی‌های پاسخ فرکانسی به شدت متاثر از رفتار‌های تغییر شکل ماده می‌باشند. مقاله حاضر نشان می‌دهد که نتایج به دست آمده از مدل‌های ویسکو الاستیک و انالاستیک با هم متفاوت بوده ولی شرایطی وجود دارد که دو مدل انالاستیک و الاستیک نتایج مشابه‌ای را پیش بینی می‌کنند. همچنین دیده می‌شود که شدت انالاستیک و زمان آزاد سازی انالاستیک به طور چشمگیری بر منحنی‌های پاسخ فرکانسی اثر می‌گذارند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

A Study on the Nonlinear Vibrations of Electrostatically Actuated Micro Beams with Anelastic Stress-Strain Behavior

نویسندگان English

Amir Veysi Gorgabad 1
Ghader Rezazadeh 2
Rasoul Shabani 2
چکیده English

In this paper the nonlinear dynamic of an electrostatically actuated microbeam with viscoelastic-anelastic behavior considering size effect is studied. The micro-beam is deflected using a bias DC voltage and then driven to vibrate around its deflected position by a harmonic AC load. Regarding the stress-strain behavior of anelastic materials, the constitutive equation of microbeams is derived based on the modified couple stress theory (MCST). Assuming electrostatic and mid-plane stretching forces as the main sources of the nonlinearity and taking advantage of the Galerkin projection method, the partial differential equation is transformed to a set of nonlinear ordinary differential equation (ODE). Multiple scales method is used to obtain an approximate analytical solution for nonlinear resonant curves. The effect of different mechanical behaviors of materials including elasticity, viscoelasticity and anelasticity, length scale parameter, anelastic relaxation time and relaxation intensity on the nonlinear vibration analysis are studied. The results demonstrate that there is very large dependence of resonance curves on the different mechanical behavior of materials. It is seen that there are special conditions which the elastic and anelastic models predict similar results while the predicted results from anelastic and viscoelastic models are different from each other. It is found that the relaxation intensity and anelastic relxation time can change the resonant curves significantly.

کلیدواژه‌ها English

Anelasticity
Viscoelasticity
Nonlinear Analysis
Electrostatic Actuation
Microbeam