مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل ناپایداری دینامیکی و استاتیکی پولین نانوتیرهای نیمه متاثر با استفاده از تئوری تنش مزدوج اصلاح شده

نویسندگان
1 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید چمران، اهواز، ایران
2 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید چمران، اهواز، ایران.
چکیده
در این مقاله ناپایداری استاتیکی و دینامیکی یک مدل جامع از یک نانوتیر یکسر گیردار تحت تاثیر جریان مستقیم اعمالی و ناگهانی با استفاده از تئوری غیرکلاسیک تنش مزدوج اصلاح شده در حضور اثرات تنش سطحی بررسی شده است. قسمتی از نانوتیرک تحت تاثیر نیروهای الکترواستاتیک و نیروی مویینگی قرار دارد. نانوتیرک براساس تئوری اویلر-برنولی مدلسازی و معادله حرکت آن با استفاده از اصل همیلتون به دست آمده‌است. معادلات حاکم بر نانوتیرک با استفاده از متغیرهای بی‌بعد مناسب به حالت بی-بعد انتقال یافته و با استفاده از روش اجزا محدود حل شدند. نتایج به دست آمده از حل اجزا محدود با نتایج پژوهش‌های پیشین مقایسه گردید و تطابق خوبی مشاهده شد. در ادامه، پارامترهای پایه برای طراحی مهندسی در مقیاس نانو همانند خیز بحرانی انتهای تیر و ولتاژ پولین در دو حالت استاتیکی و دینامیکی بررسی گردید. نتایج نشان می‌دهد که در حالت دینامیکی، با افزایش ولتاژ، تیرک قبل از پدیده پولین و سقوط بر روی پایه، دارای حالت نوسانی با دامنه بزرگ است. همچنین مشاهده شد که کوچکتر شدن طول الکترود زیرلایه (افزایش تاثیر نیمه متاثر بودن)، افزایش اثر میدان لبه، اثر اندازه و اثر تنش سطحی و یا کاهش نیروی موئینگی باعث افزایش ولتاژ نهایی پولین می‌شوند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Dynamic and static pull-in instability analysis of partially affected nano-cantilevers using modified couple stress theory

نویسندگان English

Aminreza Noghrehabadi 1
Amir Haghparast 2
1 Department of Mechanical Engineering, Shahid Chamran University, Ahvaz, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Shahid Chamran University, Ahvaz, Iran
چکیده English

In this paper, the modified couple stress theory is used to study static and dynamic pull-in instability of a general model of a nano-cantilever under a sudden applied DC voltage in the presence of the surface effects. A partial part of the nano-cantilever is subject to the electrostatic and capillary forces. Euler-Bernoulli theory is used to model the beam and the equation of motion is derived by using Hamilton’s principle. The governing equations are transformed into a non-dimensional form and then solved using finite element method (FEM). The results, obtained using FEM are compared with the data available in the literature and found in good agreement. Basic parameters for engineering design at the nanoscale, such as deflection and pull-in voltage have been calculated for both of the dynamic and static modes. The results of dynamic analysis of the beam show that as the voltage increases, the beam goes into an oscillating mode with large amplitudes just before pull-in phenomenon occurs and the beam collapses into the substrate (fixed electrode). Moreover, it is found that a decrease in the length of the fixed electrode (increase of the partially affecting parameter), and the increase of the fringing field effect, the size effect and the surface effect increases the pull-in voltage of the nano-cantilever beam.

کلیدواژه‌ها English

Nano-beam
Pull-in
Couple stress theory
partially affected nano beam