مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تغییر شکل استاتیکی و ولتاژ ناپایداری میکرو‌سوئیچ‌‌های تغییردهنده‌ فاز با استفاده از مدل غیرخطی میکروتیر و تئوری الاستیسیته غیرموضعی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی برق الکترونیک، دانشگاه ارومیه، ارومیه ، ایران
2 هیات علمی گروه مهندسی برق الکترونیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
چکیده
با توسعه روز افزون تغییر دهنده‌های فاز میکرو الکترومکانیکی، بررسی تغییر شکل و ناپایداری میکروسوئیچ‌ها حائز اهمیت فراوانی می‌باشد. بر این اساس در مقاله حاضر، رفتار استاتیکی و ناپایداری پولین میکروتیر دوسرگیردار تحت تأثیر میدان الکترواستاتیکی موضعی که در طراحی و ساخت تغییر دهنده‌های فاز میکروالکترومکانیکی توزیع شده کاربرد دارد، بررسی می‌شود. با در نظر گرفتن اثرات غیرخطی ناشی از شعاع انحناء برای اولین بار، معادله دیفرانسیل غیرخطی حاکم بر سیستم با استفاده از تئوری تیر اویلر- برنولی و اثرات اندازه‌های کوچک با بکارگیری اصل کار مجازی استخراج شده است. با استفاده از روش گالرکین و با فرض ولتاژ استاتیکی اعمال شده به ناحیه مشخصی از میکروتیر، اثر پارامترهای مختلف بر روی تغییر شکل استاتیکی و ولتاژ پولین مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که در نظر گرفتن اثرات غیرخطی ناشی از شعاع انحناء تأثیر قابل ملاحظه‌ای بر رفتار مکانیکی سیستم دارد و با افزایش این پارامتر رفتار سخت‌شوندگی میکروسوئیچ افزایش یافته و در نتیجه آن خیز استاتیکی میکروسوئیچ نسبت به تئوری خطی کمتر می‌شود. همچنین، با افزایش ولتاژ اعمالی به میکروسوئیچ، کرنش‌های غیرخطی ایجاد شده افزایش یافته و اثرات غیرخطی ناشی شعاع انحناء قابل ملاحظه خواهد بود. به عنوان مثال با افزایش پارامتر بی‌بعد سفتی خمشی از مقدار 0 به 10، حداکثر خیز میکروسوئیچ به ازای ولتاژهای 2V, 1V و 3V به ترتیب در حدود 7.7%، 35.8% و 48.6% کاهش می‌یابد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Study of Static Deflection and Instability Voltage of Phase Shifter Micro-Switches Using a Nonlinear Beam Model and Non-localized elasticity theory

نویسندگان English

Abdolreza Gharehkhani 1
Ebrahim Abbaspour-Sani 2
1 Department of Electrical Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
2 Department of Electrical Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
چکیده English

With development of micro-electromechanical phase shifter, the study of deformation and instability of micro-switches is very important. The static behavior and pull-in instability of the clamped-clamped micro-beam subjected to local electrostatic loads which is used in DMTL phase shifter is investigated. Taking into account of nonlinear effects caused by radius of curvature for the first time, the nonlinear differential equation of the system is obtained using Euler-Bernoulli beam theory and effects of small sizes by employing the principle of virtual work. By considering the local electrostatic static voltage applied on the micro-beam, the governing partial differential equation is further discretized with the aid of Galerkin’s method, and the effect of system parameters on static deflection and pull-in voltage of the micro-switches are investigated. It is found that curvature nonlinearity has a great effect on the mechanical behavior of the micro-switches. Increasing this parameter leads to hardening behavior in the micro-switches, and also static deflection is decreased with respect to linear beam theory. The results also indicate that with an increase in the applied voltage, nonlinear strains increase and nonlinear effects caused by radius of curvature will be significant. For instance, when the stiffness parameter is increased from 0 to 10, maximum deflections of the micro-switches for applied voltages of 1V, 2V and 3V decreases about 7.7%, 35.8% and 48.6 %, respectively.

کلیدواژه‌ها English

Phase Shifter Micro-Switches
Local Electrostatic Loads
Curvature Nonlinearity
Static Deflection