پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 21 |
| تعداد شمارهها | 678 |
| تعداد مقالات | 9,883 |
| تعداد مشاهده مقاله | 70,052,451 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 49,324,650 |
تحلیل غیرخطی ارتعاشات کوپل شده عرضی-طولی در نانوتشدیدگرها تحت نیروی الکترواستاتیک | ||
| مدل سازی در مهندسی | ||
| دوره 20، شماره 70، مهر 1401، صفحه 51-60 اصل مقاله (1.14 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله مکانیک | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22075/jme.2022.25779.2196 | ||
| نویسنده | ||
| رضا ابراهیمی* | ||
| استادیار گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران. | ||
| تاریخ دریافت: 09 بهمن 1400، تاریخ بازنگری: 22 فروردین 1401، تاریخ پذیرش: 05 اردیبهشت 1401 | ||
| چکیده | ||
| نانوتشدیدگرها می توانند در برخی حوزه های مهندسی ازجمله فیلترهای کیفیت بالا برای سیگنال های الکتریکی و سنسورها به کار گرفته شوند. بنابراین هدف اصلی این مقاله، تحلیل رفتار دینامیک غیرخطی نانوتشدیدگرهای تحت نیروی الکترواستاتیکی است. براساس تئوری فون کارمن و مدل تیر اویلر - برنولی معادلات غیرخطی حاکم بر حرکت با استفاده از اصل همیلتون به دست آمده است. همچنین کوپلینگ ارتعاشات طولی و عرضی در نظر گرفته شده است. معادلات دیفرانسیل پاره ای حاکم بر حرکت به وسیله روش گالرکین گسسته سازی شده اند. حل تحلیلی و عددی به ترتیب با استفاده از روش مقیاس های چندگانه و روش رانگ کوتا به دست آمده است. نتایج نشان می دهد که فاصله هوایی و فرکانس تنظیم به طور قابل ملاحظه ای منحنی های پاسخ فرکانسی غیرخطی را تحت تأثیر قرار می دهند. یک رفتار سخت شونده در پاسخ های فرکانسی غیرخطی نانوتشدیدگر مشاهده می شود. همچنین با مقایسه اثر فاصله هوایی و ولتاژ dc، نتایج حاکی از آن است که فرکانس های طبیعی نانوتشدیدگر نسبت به تغییرات ولتاژ dc، حساس تر هستند. بنابراین، این ویژگی، یک نانوتشدیدگر قابل تنظیم را برای گستره وسیعی از فرکانس ها پیشنهاد می دهد. | ||
| کلیدواژهها | ||
| روش مقیاسهای چندگانه؛ نانوتشدیدگر؛ تحریک الکترواستاتیک؛ کوپلینگ عرضی-طولی | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Nonlinear analysis of coupled transversal-longitudinal vibration in electrostatically actuated nanoresonators | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Reza Ebrahimi | ||
| Assistant professor of Vibration & Structural dynamics, Faculty of Engineering, Yasouj University, Yasouj, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Nanoresonators can be used in some engineering fields such as high quality factor filters for electronic signals and sensors. So, the main purpose of this paper is to analyze the nonlinear dynamic behavior of electrostatically actuated nanoresonators. In the framework of the Von Karman's theory and the Euler-Bernoulli beam model, the nonlinear governing equations of motion are developed using the Hamilton's principle. Also, the coupling of lateral and longitudinal vibrations is considered. The governing partial differential equations are discretized by means of the Galerkin’s method. The analytical and numerical solution are obtained using the multiple-scales method and Runge–Kutta method, respectively. The variation of natural frequencies and the response of the nanoresonator with the levels of the electrostatic load are investigated. The results show that the nonlinear frequency response curves are greatly affected by the gap distance and detuning frequency. A hardening behavior is observed in the nonlinear frequency responses of the nanoresonator. Also, through the comparison between the effect of gap distance and dc voltage, it is found that the natural frequencies of the nanoresonator are more sensitive to the variation of the dc voltage. So, this suggests a tunable resonator over a wide range of frequencies. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Multiple scales method, Nanoresonators, Electrostatic actuation, Lateral&ndash, longitudinal coupling | ||
| مراجع | ||
|
[1] A. Hajjam, and S. Pourkamali, "Fabrication and characterization of MEMS-based resonant organic gas sensors", IEEE Sensors Journal, Vol. 12, 2012, pp. 1958-1964. [2] احمد محبزاده بهابادی و سعید علیائی، "طراحی و مدلسازی حسگر زیستی مبتنی بر نانوتشدیدگر کریستال فوتونی"، مجله مدلسازی در مهندسی، دوره 15، شماره 51، زمستان 1396، صفحه 351- 358. [3] R. Hosseini-Ara, A. Mokhtarian, A.H. Karamrezaei, D. Toghraie, "Computational analysis of high precision nano-sensors for diagnosis of viruses: Effects of partial antibody layer", Mathematics and Computers in Simulation, Vol. 192, 2022, pp. 384-398. [4] E. Heydari, A. Mokhtarian, M. Pirmoradian, M. Hashemian, A. Seifzadeh, "Acoustic wave transmission of double-walled functionally graded cylindrical microshells under linear and nonlinear temperature distributions using modified strain gradient theory", Thin-Walled Structures, Vol. 169, 2021, pp. 108430. [5] محسن نوذرپورشمی، محمد هاشمیان و مصطفی پیرمرادیان، "تحلیل دینامیکی میکروتیر مدرج تابعی دارای جرم متحرک بر اساس تئوری زوج تنش اصلاح شده"، نشریه مهندسی مکانیک، دوره 22، شماره 3، آذر 1399، صفحه 142- 163. [6] H.G. Craighead, "Nanoelectromechanical Systems", Science, Vol. 290, 2000, pp. 1532-1535. [7] J.S. Go, Y. Cho, B.M. Kwak, and P. Kwanhum, "Snapping microswitch with adjustable acceleration threshold", Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 54, 1996, pp. 579-583. [8] R. Mestrom, R. Fey, J. Van Beek, and K. Phan, "Nijmeijer H. Modelling the dynamics of a MEMS resonator: Simulations and experiments", Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 142, 2008, pp. 306-315. [9] F. Najar, S. Choura, S. El-Borgi, E. Abdel-Rahman, and A. Nayfeh, "Modeling and design of variable-geometry electrostatic microactuators", Journal of Micro- mechanics and Microengineering, Vol. 15, 2005, pp.419-429. [10] M. Younis, and A. Nayfeh, "A study of the nonlinear response of a resonant microbeam to an electric actuation", Nonlinear dynamics, Vol. 31, 2003, pp. 97-117. [11] N. Kacem, S. Baguet, S. Hentz, and R. Dufour, "Computational and quasi-analytical models for nonlinear vibrations of resonant MEMS and NEMS sensors", International journal of non-linear mechanics, Vol. 46, 2011, pp. 532-542. [12] T. Xu, and M.I. Younis, "Nonlinear dynamics of carbon nanotubes under large electrostatic force", Journal of Computational and Nonlinear Dynamics, Vol. 11, 2016, pp. 021009. [13] H.M. Ouakad, and M.I. Younis, "Natural frequencies and mode shapes of initially curved carbon nanotube resonators under electric excitation". Journal of sound and vibration, Vol. 330, 2011, pp. 3182-3195. [14] E.M. Miandoab, H.N. Pishkenari, A. Yousefi-Koma, and F. Tajaddodianfar, "Chaos prediction in MEMS-NEMS resonators", International Journal of Engineering Science, Vol. 82, 2014, pp. 74-83. [15] M.S. Siewe, and U.H. Hegazy, "Homoclinic bifurcation and chaos control in MEMS resonators", Applied mathematical modelling, Vol. 35, 2011, pp. 5533-5552. [16] W.G. Conley, A. Raman, C.M. Krousgrill, and S. Mohammadi, "Nonlinear and nonplanar dynamics of suspended nanotube and nanowire resonators", Nano letters, Vol. 8, 2008, pp. 1590-1595. [17] T.D. Amorim, W.G. Dantas, and A. Gusso, "Analysis of the chaotic regime of MEMS/NEMS fixed–fixed beam resonators using an improved 1DOF model", Nonlinear dynamics, Vol. 79, 2015, pp. 967-981. [18] E.M. Miandoab, "Onset of chaos in nano-resonators based on strain gradient theory: Numerical analysis", Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, Vol. 101, 2021, pp. 105864. [19] L. Pescini, H. Lorenz, and R.H. Blick, "Mechanical gating of coupled nanoelectromechanical resonators operating at radio frequency", Applied Physics Letters, Vol. 82, 2003, pp. 352-354. [20] I. Kozinsky, H.W.C. Postma, I. Bargatin, and M.L. Roukes, "Tuning nonlinearity, dynamic range, and frequency of nanomechanical resonators". Applied Physics Letters, Vol. 88, 2006, pp. 253101. [21] D.I. Caruntu, and L. Luo, "Bifurcation and pull-in voltages of primary resonance of electrostatically actuated SWCNT cantilevers to include van der Waals effect", Meccanica, Vol. 52, 2017, pp.849-859. [22] A. Gusso, R.L. Viana, A.C. Mathias, and I.L. Caldas, "Nonlinear dynamics and chaos in micro/nanoelectromechanical beam resonators actuated by two-sided electrodes", Chaos, Solitons and Fractals, Vol. 122, 2019, pp. 6-16. [23] A. San Paulo, J. Black, D. Garcı´a-Sanchez, M.J. Esplandiu, A. Aguasca, J. Bokor, F. Perez-Murano, and A. Bachtold, "Mechanical detection and mode shape imaging of vibrational modes of micro and nanomechanical resonators by dynamic force microscopy", Journal of Physics: Conference Series, Vol. 100, 2008, pp. 052009. [24] F. Tajaddodianfar, M.R.H. Yazdi, and H.N. Pishkenari, "On the chaotic vibrations of electrostatically actuated arch micro/nano resonators: a parametric study", International Journal of Bifurcation and Chaos, Vol. 25, 2015, pp. 1-16. [25] F.L. Guo, G.Q. Wanga, and G.A. Rogerson, "Analysis of thermoelastic damping in micro- and nanomechanical resonators based on dual-phase-lagging generalized thermoelasticity theory", International Journal of Engineering Science, Vol. 60, 2012, pp. 59-65. [26] D. Zhao, J. Liu, and L. Wang, "Nonlinear free vibration of a cantilever nanobeam with surface effects: Semi-analytical solutions", International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 113, 2016, pp. 184-195. [27] H. Alemansour, E.M. Miandoab, and H.N. Pishkenari, "Effect of size on the chaotic behavior of nano resonators". Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, Vol. 44, 2017, pp. 495-505. [28] C. Ma, L. Cao, L. Li, M. Shao, D. Jing, Z. Guo, "Nonlinear Behavior of Electrostatically Actuated Microbeams with Coupled Longitudinal-Transversal Vibration". Micromachines, Vol. 10, 2019, pp. 315. [29] Y.D. Kuang, X.Q. He, C.Y. Chen, G.Q. Li, "Analysis of nonlinear vibrations of double-walled carbon nanotubes conveying fluid". Computational Materials Science, Vol. 45, 2009, pp. 875-880. [30] L. Meirovitch, Principles and techniques of vibrations, Prentice-Hall, Upper Saddle River, N.J., 1997. [31] D.J. Griffiths, Introduction to Electrodynamics, Prentice-Hall, Englewood cliffs, N.J., 1981. [32] A.H. Nayfeh, and B. Balachandran, Applied non-linear dynamics: analytical, computational and experimental methods, Wiley, New York, 1995. [33] محمدمهدی جلیلی و محمد مصعب درعلیزاده، "مدلسازی و تحلیل ارتعاشات غیرخطی میکروسکوپ نیروی اتمی در محیط مایع به روش تحلیلی"، مجله مدلسازی در مهندسی، دوره 15، شماره 51، زمستان 1396، صفحه 209- 224. [34] محمدمهدی جلیلی، سعید ابراهیمی و ندا رحمت، "شبیهسازی و آنالیز حساسیت ارتعاشات غیرخطی حرکت غلت شناور"، مجله مدلسازی در مهندسی، دوره 15، شماره 49، تابستان 1396، صفحه 125- 137. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 631 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 344 |
||