مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی ارتعاشات غیرخطی میکروتیر منحنی تحت تحریک الکترواستاتیک با استفاده از مدل کاهش مرتبه و شبیه سازی اجزای محدود

نویسندگان
1 دانشجو-دانشگاه سیستان و بلوچستان- دانشکده مهندسی- گروه مهندسی مکانیک
2 دانشگاه سیستان و بلوچستان- دانشکده مهندسی- گروه مهندسی مکانیک
چکیده
در این مقاله به بررسی رفتار دینامیکی و ارتعاشات غیر خطی یک میکروتیر دو سرگیردار با شکل اولیه منحنی و تحت تحریک الکترواستاتیک پله پرداخته شده است. میکروتیرهای منحنی تحت بارگذاری عرضی، ممکن است دو حالت پایدار را از خود نشان دهند و این ویژگی اساس پیدایش سیستم های میکروالکترومکانیکی دوپایا می باشد. معادلات حرکت با استفاده از روش انرژی و اصل همیلتون استخراج شده و سپس با استفاده از پارامترهای بی بعد سازی مناسب، در فرم بی بعد نوشته شده است. با استفاده از یک مدل کاهش مرتبه بر مبنای روش گالرکین، معادله بی بعد به دست آمده گسسته سازی شده و به یک دستگاه معادلات دیفرانسیل معمولی و غیرخطی تبدیل شده است. روش رانگ-کوتای مرتبه چهار برای حل دستگاه معادلات به کار برده شده است. برای شبیه سازی اجزای محدود از نرم افزار کامسول مولتی فیزیکس استفاده شده است. در ادامه تاثیر پارامترهای مختلف نظیر پارامتر ولتاژ، میرایی، خیز اولیه نقطه میانی و طول گپ بر روی رفتار دینامیکی میکروتیر بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش خیز اولیه نقطه میانی، ولتاژ بحرانی پولین کاهش می‌یابد. همچنین مشاهده شد که افزایش پارامتر میرایی از انتقال به دومین حالت پایدار جلوگیری می کند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Non-linear vibration of curved microbeam under electrostatic actuation by using reduced order model and finite element simulation

نویسندگان English

Mohammad Reza Salehi Kolahi 1
Hossein Moeinkhah 2
1 Department of Mechanical Engineering- University of Sistan and Baluchestan
چکیده English

In this research, the dynamic behavior and nonlinear vibration of a clamped-clamped initially curved microbeam under electrostatic step actuation is investigated. The initially curved microbeams under transverse loading may exhibit two different stable states and this is the basis of the emergence of bi-stable micro electro mechanical systems (MEMS). The equation of motion is derived based on energy method and Hamiltonian principle, and re-written in non-dimensional form by using appropriate non-dimensional parameters. The resultant equation of motion in non-dimensional form is discretized and converts to a system of nonlinear ordinary differential equations by using a reduced order model based on the Galerkin procedure. Runge-kutta method of order four is employed to solve the resulting system of nonlinear ordinary differential equations. COMSOL Multiphysics software is used for finite element simulation. Then, the effect of various parameters including voltage parameter, damping, initial midpoint elevation and gap length is investigated. It is concluded that the critical voltage of pull-in is decreased by increasing of the initial midpoint elevation. Also The results depict that by increasing of the damping parameter, the possibility of transition between two stable stats is eliminated.

کلیدواژه‌ها English

Micro Electro Mechanical Systems (MEMS)
Curved Microbeam
Bi-stable
Reduced Order Model
Comsol Multiphysics