توصيفگر ها :
نانوسوئيچ , ميدان الكترواستاتيك , تئوري غيرموضعي , تئوري گراديان كرنش , پارامتر بي¬بعد , مقياس طول
چكيده فارسي :
چكيده
در اين پژوهش، با در نظر گرفتن تئوري هاي وابسته به ابعاد در مقياس نانو، تحليل مكانيكي و ناپايداري نانوسوئيچ¬هايي كه تحت ميدان الكترواستاتيك قرار گرفته اند انجام مي¬شود. اين نانوسوئيچ¬ها كامپوزيتي بوده و از دو ماده تشكيل شده¬اند. بر مبناي تئوري-هاي غيرموضعي كه براي تحليل مكانيكي نانوسازها استفاده مي¬شود و همچنين تئوري گراديان كرنش، يك مدل وابسته به ابعاد براي بررسي ناپايداري و رفتار استاتيكي نانوسوئيچ¬ ارائه مي¬گردد.
نانوسوئيچ دولايه بر اثر ميدان الكترواستاتيك تحريك شده و معادلات آن بر اساس تئوري گراديان كرنش غيرموضعي تعيين مي-گردد. با استفاده از اصل هميلتون معادله حركت به دست آمده و سپس بي بعد مي¬شود و پارامترهاي بي بعد غيرموضعي و مقياس طول تعيين مي¬گردد. معادلات بي بعد با استفاده از روش¬هاي المان محدود و تحليلي حل شده و پاسخ استاتيكي تير به تحريك الكترواستاتيك تعيين مي¬شود. در روش المان محدود از المان¬هاي مرتبه بالاي تير در مختصات ايزوپارامتريك بهره گرفته شده و در روش تحليلي از روش تركيبي گالركين و اغتشاشات هموتوپي استفاده مي¬گردد. در ادامه با توجه به پاسخ مكانيكي به دست آمده، ناپايداري سيستم كه همان ناپايداري كششي است، مورد ارزيابي قرار مي¬گيرد. نتايج نشان مي¬دهد كه تاثير پارامترهاي بي بعد غيرموضعي و پارامتر مقياس طول در پاسخ استاتيكي سخت شونده بوده و ناپايداري با افزايش اين پارامترها در ولتاژ بزرگتري رخ مي دهد. بنابراين با لحاظ نمودن تئوري گراديان كرنش غيرموضعي تغيير شكل استاتيكي به¬دست آمده نسبت به نتايج حالت كلاسيك با كاهش قابل توجهي همراه است.
چكيده انگليسي :
Abstract
In this research, considering the nano-scale size-dependent theories, mechanical analysis and instability of nanoswitches that have been subjected to electrostatic field are performed. These nanoswitches are composite and consist of two materials. Based on nonlinear theories used for mechanical analysis of nanostructures as well as strain gradient theory, a size dependent model is proposed to investigate the instability and static behavior of nanoswitches.
The bilayer nanoswitch is excited by an electrostatic field and its equations are determined based on the theory of nonlocal strain gradient theory. Using the Hamilton principle, the equation of motion is obtained and then dimensionslized, and the dimensionless parameters and length scale are determined. Non-dimensional equations are solved using finite element and analytical methods and the static response of the beam to electrostatic actuation is determined. In the finite element method, high-order beam elements in isoparametric coordinates are used, and in the analytical method, the combined Galerkin method and homotopy perturbation are used. Next, according to the obtained mechanical response, the system instability, that is the pull-in instability, is evaluated. The results show that considering the non-dimensional nonlocal parameters and the length scale parameter causes hardening in the static response and with increasing these parameters, instability occurs at higher voltages. Therefore, considering the theory of nonlocal strain gradient, the obtained static deformation is significantly reduced compared to the classical results.