پایان نامه ارشد مهندسی مکانیک گرایش طراحی کاربردی: تحلیل غیر خطی دینامیکی و ارتعاشی نانولوله کربنی در سیستم نانوالکترومکانیک‌سوییچ با بهره گرفتن از تئوری غیر‌محلی الاستیسیته

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

1-فصل اول : مقدمه    1

1-1-سیستم‌های میکرو و نانو الکترومکانیکی      1

1-1-1-  سوییچ‌های الكترواستاتیك… 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    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

فهرست شکل‌ها
شکل ‏1‑1: ماده پیزو الکترویک در حالت تحریک کننده و حس‌کننده(تشخیص واندازه گیری) [3] 3

شکل ‏1‑2: نمایش حالت روشن و خاموش سوییچ با تحریک الکترواستاتیک[3] 6

شکل ‏1‑3: تصویری از تحریک الکترواستاتیکی CNT Switch درمداری که با منبع ولتاژ و مقاومت فیدبک تنظیم می‌شود. 9

شکل ‏1‑4: شماتیک سه بعدی میکرو/نانو تیرتحریک شده با مدل خازن در میدان الکتریکی.. 14

شکل ‏1‑5: نمایش تعادل نیروها برای نانو سوییچ کربنی بالای صفحه زمین با هندسه یک‌سرگیردار 17

شکل ‏1‑6: نمودار پاسخ فرکانسی تیر یکسرگیردار تحریک شده نزدیک رزونانس اولیه قبل و بعد از شناسایی جرم. پاسخ زمانی میکروتیر قبل و بعد از تشخیص جرم  نشان می‌دهد، سوییچی که در فرکانس تحریک ثابت در حال نوسان است، با تشخیص جرم فعال شده (STMT) و سقوط می‌کند[3]. 21

شکل ‏2‑1: المان تیر اویلربرنولی.. 35

شکل ‏2‑2: نسبت فرکانس اساسی تیرخمیده به تیر مستقیم بر حسب تغییرات ولتاژ سوییچ یکسرگیردار 44

شکل ‏2‑3: نسبت فرکانس اساسی تیرخمیده به تیر مستقیم بر حسب تغییرات ولتاژ سوییچ دوسرگیردار 45

شکل ‏2‑4: تأثیرتغییرات ولتاژ روی نقطه تعادلی تیر یکسرگیردار که حول آن سوییچ نوسان می‌کند. 45

شکل ‏3‑1: منحنی اعتبار سنجی. جابجایی ماکزیمم برحسب ولتاژ- مقایسه کار حاضر با مدل روتکین ]21[  49

شکل ‏3‑2: اثر پارامترغیرموضعی روی ولتاژ ناپایداری استاتیکی.. 50

شکل ‏3‑3: نمودار جابجایی سر آزاد تیر- برحسب ولتاژ به ازای پارامتر غیر موضعی (0.1) 51

شکل ‏3‑4: اثر نیروی واندروالس روی ولتاژ ناپایداری استاتیکی.. 52

شکل ‏3‑5: اثر پارامتر غیرموضعی در تغییر رفتار تیریکسرگیردار تحت بارگذاری سهموی.. 53

شکل ‏3‑6: تغییر رفتار نمودار جابجایی انتهای تیریکسرگیردار برحسب ولتاژ با ( ) در ازای گپ‌های 1و2و3 نانومتری قبل از پولین   54

شکل ‏3‑7: اثر نیروی واندروالس و پارامتر غیر موضعی روی ولتاژ ناپایداری استاتیکی تیر دوسرگیردار 55

شکل ‏3‑8: نمودار جابجایی نقطه میانی تیردوسرگیردار برحسب ولتاژ با ( ) در ازای سه طول‌ 40و60و100 نانومتری قبل از پولین   57

شکل ‏3‑9: تغییر رفتار نمودار جابجایی نقطه انتهایی تیریکسرگیردار برحسب ولتاژ با ( ) در ازای سه طول‌ 40و60و100 نانومتری قبل از پولین.. 58

شکل ‏3‑10: رفتار دینامیکی نانولوله یکسرگیردار به ازای ولتاژ مستقیم مختلف بدون حضور نیروی واندروالس    70

شکل ‏3‑11: رفتار دینامیکی  نانولوله یکسرگیردار به ازای ولتاژ مستقیم مختلف در حضور نیروی واندروالس    72

شکل ‏3‑12: رفتار دینامیکی نانولوله یکسرگیرداربا پارامتر غیرموضعی 0.1 به ازای ولتاژهای مستقیم مختلف بدون نیروی واندروالس    73

شکل ‏3‑13: رفتار دینامیکی نانولوله یکسرگیردار با پارامتر غیرموضعی 0.1 به ازای ولتاژهای مستقیم مختلف در حضور نیروی واندروالس    74

شکل ‏3‑14: منحنی رفتار وابستگی دومتغیره فرکانس طبیعی اساسی نانولوله به ولتاژ استاتیکی اولیه و پارامتر غیرموضعی   76

شکل ‏4‑1: رفتار جابجایی نرمالایز شده انتهای تیر یکسرگیردار حین عبور ذره با  ،   و  . به ازای ولتاژهای کمتر از پولین دینامیک… 85

شکل ‏4‑2: نمایش ناپایداری کششی تیر در بازه زمانی حرکت ذره به ازای سرعت ‌های مختلف-با پارامتر غیرموضعی 0.1  86

شکل ‏5‑1: منحنی جابجایی ماکزیمم سوییچ یکسرگیردار نیترید-بور برحسب ولتاژ اعمالی در دوحالت خطی و غیرخطی   98

شکل ‏5‑2: اثر پارامتر غیرموضعی روی جابجایی ماکزیمم سوییچ‌ یکسزگیردار نیترید-بور 99

شکل ‏5‑3: تغییرات پتانسیل الکتریکی بدون بعد در طول تیر یکسرگیردار به ازای پارامتر موضعی.. 100

شکل ‏5‑4: تغییرات پتانسیل الکتریکی بدون بعد در طول تیر دوسرگیردار به ازای پارامتر موضعی.. 100

فهرست جدول‌ها

تحلیل غیر خطی دینامیکی و ارتعاشی نانولوله کربنی در سیستم نانوالکترومکانیک‌سوییچ با بهره گرفتن از تئوری غیر‌محلی الاستیسیته  1

جدول ‏3‑1: پارامترهای هندسی و خواص مکانیکی نانولوله کربنی وثابت‌های نیرویی.. 48

جدول ‏3‑2: تاثیر گپ در حضور و عدم حضور نیروی واندروالس روی ولتاژ پولین استاتیکی تیریکسرگیردار 56

جدول ‏3‑3: اثر طول روی ولتاژ پولین استاتیک برای دو تیر یکسرآزاد و دوسرگیردار 58

جدول ‏3‑4: تاثیر گپ روی ولتاژ ناپایداری نانولوله‌ بدون نیروی واندروالس… 72

جدول ‏3‑5:تاثیر ولتاژ استاتیک اولیه و پارامترهای غیرموضعی مختلف روی فرکانس اساسی نانولوله یکسرگیردار 75

جدول ‏4‑1: مشخصه‌ های هندسی سوییچ سنسوری و ویژگی‌های نانولوله کربن.. 84

جدول ‏4‑2: سرعت و طول زمان حرکت ذره و ولتاژهای اعمال شده به سیستم با هندسه مشخص… … 87

جدول ‏5‑1: مشخصات هندسی و خواص فیزیکی و مکانیکی نانولوله نیترید-بور 97

چکیده :

سیستم‌های میکرو و نانو الکترومکانیکی به خاطر ویژگی‌های متمایز و مشخصه‌ های 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 بهره گرفتن 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.

تعداد صفحه : 128

قیمت : 14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :       

*         asa.goharii@gmail.com

در صورتیکه با پرداخت آنلاین مشکلی دارید می توانید مبلغ مربوط به هر فایل را به شماره کارت 6037991199500590 به نام خيريه محک واريز کرده و تصوير پرداختي و عنوان فايل درخواستي را به ایمیل asa.gohari@gmail.com

ارسال کرده تا فايل برایتان ارسال شود.