مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه تاثیر رفتار وابسته به اندازه میکروتیرهای الکترواستاتیکی غوطه ور در سیال تراکم ناپذیر

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک دانشکده فنی و مهندسی پردیس دانشگاهی دانشگاه ارومیه
2 استادیار گروه مهندسی مکانیک دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه ارومیه
3 استاد گروه مکانیک دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه ارومیه
4 استاد مهندسی مکانیک دانشگاه ارومیه
چکیده
در مقاله حاضر به بررسی مواجهه سیال-جامد در یک میکروتیر الکترواستاتیکی با استفاده از تئوری آیرودینامیک سه بعدی پرداخته شده است. از تئوری تنش کوپل اصلاح شده جهت مدل سازی الاستیسیته وابسته به اندازه میکروتیر استفاده شده است. مدل ارائه شده می‌تواند به عنوان یک میکرو سنسور جرمی مورد استفاده قرار گیرد. برای آنالیز رفتار دینامیکی میکروتیر، یک ولتاژ مستقیم به سیستم اعمال شده و سپس با اعمال ولتاژ متناوب مشخصات دینامیکی سیستم حول وضعیت تغییر شکل یافته استاتیکی مورد تحلیل قرار گرفته است. به دلیل ماهیت غیر خطی معادلات حاکم برای حل آن‌ ها از مدل کاهش مرتبه مبتنی بر گالرکین استفاده شده است. نتایج نشان داده‌اند که در نظر گرفتن تنش کوپل و نیز افزایش اندازه پارامتر مشخصه طولی باعث کاهش اندازه اختلاف فشار سیال ایجاد شده بین دو طرف میکروتیر می‌شود. با این حال با توجه به تئوری آیرودینامیک سه بعدی برای مواجهه سیال-جامد، تغییر اختلاف فشار ایجاد شده منجر به بروز اختلاف در پیش بینی اندازه جرم افزوده بین دو تئوری کلاسیک و تنش کوپل اصلاح شده نمی‌شود. در بخش دیگری از نتایج نشان داده شده است که وجود جرم افزوده تا چه اندازه می‌تواند باعث تغییر در نمودارهای پاسخ فرکانسی رسم شده برای سیستم شود. هم‌چنین اعمال تئوری تنش کوپل و افزایش اندازه پارامتر مشخصه طولی باعث سفت‌تر شدن سیستم و متعاقب آن کاهش دامنه ارتعاشی و شیفت نمودارهای پاسخ فرکانسی به سمت راست شده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

A study on the size-dependent behavior of electrostatic microbeams immersed in incompressible fluid

نویسندگان English

Hadi Etemadi 1
Mohammad Fathalilou 2
Rasool Shabani 3
Ghader Rezazadeh 4
چکیده English

In this paper, the fluid- solid interaction in an electrostatic microbeam by using three- dimensional aerodynamic theory has been studied. Modified couple stress theory is used to model the elasticity depends on the size of the microbeam. The proposed model can be used as a mass micro- sensor. To analyze the dynamic behavior of the microbeam a DC voltage applied to the system and then by applying an AC voltage dynamic characteristics of the system around static deformed condition is analyzed. Because of non-linear nature of the governing equations to solve them reduced order model based on Galerkin is used. Results have shown that considering the couple stress and also increase the size of the length characteristic parameter reduces the size of the fluid pressure differential created between the two sides of the microbeam. However, according to the three- dimensional aerodynamic theory for fluid-solid interaction, change of the pressure difference created does not lead to creation difference in predicting the size of the added mass between the classical and modified couple stress theories. In another part of the results has been shown that the presence of added mass to what extent can makes changes in the frequency response curves drawn for the system. Also applied the couple stress theory and increase the size of the length characteristic parameter makes the system more rigid and consequently reduce the amplitude of the vibration and frequency response curves shift to the right.

کلیدواژه‌ها English

Modified couple stress
Added mass
Natural frequencies
Fluid-solid interaction