17167

77 گلپايگان

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1396

95ص: مصور، جدول، نمودار

مهدي مجاهدي، مسعود رهايي فرد

1400/11/12

كتابنامه

مهندسي مكانيك

فني مهندسي گلپايگان

1400/11/12

70

چكيده: در اين پژوهش، ميكروژيروسكوپ شامل يك ميكروتير يك سر گيردار است كه انتهايش به يك جرم گواه متصل شده است. روي دو سطح ميكروتير دو لايه پيزوالكتريك جهت تحريك و شناسايي قرارگرفته است. هنگامي كه ميكروتير توسط راه¬انداز پيزوالكتريك تحريك مي¬گردد، در يك جهت (جهت تحريك)، ارتعاشات اوليه انجام مي¬دهد. ارتعاشات اوليه و دوران پايه باعث به وجود آمدن نيروي كوريوليس مي¬گردند و اين نيرو سبب مي¬شود تا ارتعاشات ثانويه انجام شود. به وسيله اندازه¬گيري ارتعاشات ثانويه، نرخ دوران ورودي در اين سيستم¬ها قابل اندازه¬گيري مي¬باشد. به منظور بررسي اثر كوچك شدن ابعاد در مقياس ميكرو، مدلسازي اين ميكروتيرژيروسكوپي با در نظرگيري نظريه كوپل تنش اصلاح شده، انجام مي¬پذيرد. سپس با استفاده از اصل هميلتون معادلات حركت ارتعاشي اين سيستم با توجه به فرضيات تير اويلر- برنولي استخراج مي¬گردند. معادلات حركت ارتعاشي سيستم در دو حالت آزاد و اجباري با استفاده از روش¬هاي حل تحليلي و حل المان محدود حل گرديده است. نتايج حاصل نشان مي¬دهد كه تطابق قابل قبولي ميان نتايج حاصل از حل معادلات با استفاده روش¬هاي حل تحليل و عددي وجود دارد. همچنين نتايج حاصل نشانگر اين است كه نمودارهاي پاسخ ارتعاشي با استفاده از نظريه¬هاي كلاسيك اختلاف زيادي با نمودارهاي پاسخ ارتعاشي با استفاده از نظريه كوپل تنش اصلاح شده، دارند كه اين اختلاف بيانگر عدم توانايي نظريه¬¬هاي كلاسيك در توجيه رفتار ارتعاشي ميكروسازه¬ها مي¬باشد. در ادامه مقادير فركانس¬هاي طبيعي سيستم با استفاده از روش¬هاي حل تحليلي و عددي محاسبه شده اند كه نتايج حاصل بيانگر تطابق بالاي روش¬هاي حل تحليل و عددي مي¬باشد. همچنين فركانس¬هاي طبيعي سيستم با استفاده از نظريه¬¬هاي كلاسيك نيز محاسبه شده¬اند. با مقايسه اين مقادير با فركانس¬هاي طبيعي سيستم كه با استفاده از نظريه كوپل تنش اصلاح شده محاسبه شدند، مشخص مي¬شود كه نظريه¬¬هاي كلاسيك توانايي محاسبه ميزان دقيق فركانس¬هاي طبيعي سيستم را ندارند. در ادامه براي مقادير مختلف فاصله لايه¬هاي پيزوالكتريك از ابتداي ميكروتير، پاسخ ارتعاشي جهت تحريك و شناسايي مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج حاصل نشان مي¬دهد كه با افزايش فاصله لايه¬هاي پيزوالكتريك از ابتداي ميكروتير، پاسخ ارتعاشي سيستم در دو جهت تحريك و شناسايي كاهش پيدا مي¬كند.

Abstract Microelectromechanical system are made of micro scale structures and include a set of actuators and sensors. They can sense the micro-scale environment and actuate the micro-scale one. Nowadays microelectromechanical systems are widely used in many industry such as robotic, manufacturing, communication and military systems. Microgyroscopes are the most important of microelectromechanical system that used to measure angle and angular velocity. According to the structure and type of operation, microgyroscopes have variety of types. However, the vibratory type is more used in industry. In this research, vibration behavior of micro gyroscope including beam structure is investigated. In this modeling, microgyroscope consists of microcantilever beam and distributed proof mass. The primary vibrations are produced in the beam using a piezoelectric patch actuator. Due to the base rotation, a gyroscopic effect is generated which induces secondary vibrations in the micro beam. The linear equation of motion for this system is derived using extended Hamilton’s principle and solved by both numerical and analytical approaches. Findings show that the numerical and analytical results are in good agreement with each other. In addition, the results of the modified couple stress theory are compared with those from the literature as well as the results predicted by the classical theory. It is shown that the modified couple stress theory predicts size-dependent normalized dynamic behavior for the micro beam while according to the classical theory, the normalized behavior of the micro beam is independent of its size.

مهدي مجاهدي، مسعود رهايي فرد