پایان نامه ارشد تحلیل غیر خطی دینامیکی و ارتعاشی نانو لوله کربنی در سیستم نانو الکترومکانیک‌ سوییچ با استفاده از تئوری غیر‌محلی الاستیسیته

پایان نامه ارشد تحلیل غیر خطی دینامیکی و ارتعاشی نانولوله کربنی در سیستم نانوالکترومکانیک‌سوییچ با استفاده از تئوری غیر‌محلی الاستیسیته
مقطع : کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک – طراحی کاربردی
چکیده
سیستم‌های میکرو و نانو الکترومکانیکی به خاطر ویژگی‌های متمایز و مشخصه‌های منحصر به‌فرد، عمدتاً در دو حوزه حسگرها و عمگرها، در علوم مختلف همچون مکانیک، هوافضا و پزشکی موردتوجه قرارگرفته‌اند. تحریک الکترواستاتیک یکی از ساده‌ترین و پرکاربردترین روش‌های تحریک و راه‌ اندازی این سیستم‌ها بوده که منجر به وقوع ناپایداری در آن‌ها می‌گردد.
پیش‌بینی رفتار استاتیکی و دینامیکی سیستم‌های الکترومکانیکی در ابعاد نانو با تئوری‌های کلاسیک، با خطا همراه بوده ‌است. به همین منظور در تحقیق حاضر، تحریک الکترواستاتیکی نانوسوییچ‌ها و نانوحسگرهای کربنی با استفاده از تئوری تنش غیرمحلی بررسی می‌شود. ابتدا معادلات غیرخطی و شرایط مرزی طبیعی حاکم بر مساله با تئوری غیرموضعی بازنویسی شده و جابجایی نانوتیر به دو قسمت استاتیکی و دینامیکی تقسیم می‌گردد. حل معادله استاتیکی انجام شده، و سپس با حل مسأله مقدار ویژه معادله دینامیکی، فرکانس طبیعی و شکل مود ‌نرمالی استخراج می‌‌شود که تابع ولتاژ استاتیکی اولیه و پارامتر غیرموضعی است، تا بتواند در روش تقریبی گالرکین برای حل معادلات و تعیین هرچه دقیق‌تر ولتاژ و زمان ناپایداری دینامیکی نانوسوییچ استفاده گردد. در تحلیل ارتعاشی با معرفی مدل جدید نانوحسگرکربنی در حضور نانو ذره محرک کارایی آن امتحان می‌شود. همچنین ناپایداری کششی غیرمحلی و غیرخطی نانوسوییچ نیترید-بور با تئوری پیزو الاستسیته غیرمحلی بررسی می‌گردد. در نهایت نتایج بدست آمده از تحلیل نمودارهای استاتیکی و دینامیکی و ارتعاشی نشان ‌می‌دهد اثر غیرموضعی رفتار نانوسوییچ الکترومکانیکی را به ویژه در حوزه کمیت‌های ناپایداری تحت تأثیر قرار می‌دهد.
کلمات کلیدی : سیستم‌های نانو الکترومکانیک، ولتاژ ناپایداری کششی، نانولوله کربنی، نانوسوییچ نیترید-بور، تئوری غیرمحلی الاستیسیته، دینامیک غیرخطی، تحریک الکترواستاتیک

فهرست

1-فصل اول : مقدمه 1
1-1-سیستم‌های میکرو و نانو الکترومکانیکی 1
1-1-1- سوییچهای الکترواستاتیک 5
1-1-1-1-مزایا و معایب میکرو و نانوسوییچ‌ها 6
1-1-2-سیستم‌های میکرو و نانو الکترومکانیکی در شناسایی ذره‌ خارجی 9
1-1-3- تئوریهای کلاسیک و غیر موضعی 10
1-1-4-فصل‌بندی پژوهش 11
1-2-مفاهیم پایه و اصلی 13
1-2-1-تحریک الکترواستاتیک در میدان الکتریکی 13
1-2-2-نیروی بین ملکولی واندروالس 16
1-2-2-1-مقدمه 16
1-2-2-2-تعامل نیروی واندروالس و الکترواستاتیک در نانوسوییچ 17
1-2-3-تئوری تنش غیرمحلی 18
1-2-4-حسگر جرمی 20
1-3-مروری بر ادبیات و تاریخچه موضوع تحقیق 22
1-3-1-مروری بر تاریخچه مدلسازی و طراحی میکرو/نانوسوییچ‌های کربنی 22
1-3-2- مروری بر روش‌های حل عددی و تحلیلی میکرو/نانو تیرهای تحریک‌شده با میدان الکتریکی 25
1-3-3-پیشرفت‌های انجام شده در زمینه سنسورها 29
1-3-4-اهداف پژوهش و سازماندهی 32
2-فصل دوم : مدلسازی مسأله 34
2-1-استخراج معادله حاکم بر مسأله 34
2-2-استخراج شرایط مرزی 38
2-2-1-سوییچ یکسرگیردار 38
2-3- بیبعدسازی معادلات 40
2-4-بسط تیلورنیروهای غیر خطی 41
2-5-حل خطی مسأله 41
2-6-تاثیر ولتاژ روی فرکانس طبیعی تیر 43
3-فصل سوم : تحلیل استاتیکی و دینامیکی سیستم 46
3-1-تحلیل استاتیکی 46
3-1-1-روش حل معادلات مقدار مرزی در متلب 47
3-1-2-نتایج و نمودارهای تحلیل استاتیک 48
3-2-تحلیل دینامیکی 59
3-2-1- مقدمه 59
3-2-2-استخراج معادله خطی و همگن برای ارتعاش آزاد 60
3-2-3-حل ارتعاش آزاد مسأله 62
3-2-3-1-شرایط مرزی طبیعی در x=l 64
3-2-4-روش گالرکین، و حذف وابستگی به مکان در مسئله 66
3-2-5-حل عددی معادله دیفرانسیل غیرخطی وابسته به زمان 68
3-2-6-نمودار ها و نتایج تحلیل دینامیک 69
4-فصل چهارم : بررسی ناپایداری سیستم با حضور ذره جرمی محرک 77
4-1-مقدمه 77
4-1-1-ارتعاش سازه‌ها تحت بار یا ذره محرک 77
4-1-2-نانو ذره محرک در سیستم‌های نانو الکترومکانیک 78
4-2-فرضیات لازم جهت مدلسازی مسأله 79
4-3-فرموله کردن مسأله 80
4-3-1-معرفی پارامترهای بدون بعد ذره 82
4-4-نتایج عددی و بحث‌ها 83
5-فصل پنجم : ناپایداری استاتیکی غیرخطی غیرمحلی نانوسوییچ ‌نیترید-بور 88
5-1- مقدمه 88
5-2-نانوسوییچ نیترید-بور 89
5-3-مدلسازی نانوسوییچ 90
5-3-1-راوابط کرنش-جابجایی 90
5-3-2-مواد پیزوالکتریک 90
5-3-3- نیرویهای خارجی 91
5-3-4-تئوری پیزوالاستسیته غیرمحلی 92
5-4-معادلات حاکم 92
5-5-روش حل و نتایج عددی 95
5-5-1-روش مربعسازی دیفرانسیلی 95
5-5-2-نتایج عددی و بحث‌ها 97
6-فصل ششم : نتیجه‌گیری و پیشنهادها 101
6-1-نتیجه‌گیری 101
6-1-1-لزوم تحلیل و سازماندهی پژوهش 101
6-1-2-نتایج تحلیل و بررسی پژوهش 102
6-2-پیشنهادها برای کارهای بعدی 105
پیوست 106
الف- تعریف دستور روش bvp4c در متلب 106
مراجع 108

–
تعداد صفحه :128

توجه :

عناوین پروژه های موجود در سایت فقط به عنوان معرفی در سایت قرار گرفته اند و هیچ گونه فروش و یا لینک دانلودی ندارند