توصيفگر ها :
ميكرورزوناتور , انتقال حرارت هدايتي غيرفوريه , تئوري كوپل تنش اصلاحي , روش هميلتون , روش المان محدود
چكيده فارسي :
چكيده:
ميكرورزوناتورها عضوي از سيستمهاي ميكروالكترومكانيكي هستندكه به دليل كاربرد وسيع و متنوع آنها اخيراً مورد توجه محققين قرار گرفته است. روشهاي متنوعي جهت تحريك ميكرورزوناتورها وجود دارد كه در اين بين، ميتوان به روشهاي راهاندازي الكترواستاتيك، حرارتي، الكترومغناطيسي و پيزوالكتريك اشاره نمود. در مكانيزم حرارتي، يكي از راههاي تامين منبع حرارتي ميكرورزوناتورها استفاده از ليزرها به صورت پالسي ميباشد. براي به وجود آمدن پرتو ليزر ابتدا نور را به ماده فعال ميتابانند و سپس به كمك كاوكها پرتو ليزر كه پرتوهاي هم فاز و با طول موج يكسان است توليد ميشود. پرتو ليزر تابانده شده به ميكرورزوناتور كه از نوع پالسي ميباشد سبب به وجود آمدن گراديان دمايي در ميكرورزوناتور شده و منجر به پيدايش ارتعاشات مي-گردد. با توجه به كوتاه بودن مدت اعمال پالس، از فرضيات انتقال حرارت هدايتي غيرفوريه در توزيع حرارت استفاده و معادلات ديناميكي با در نظر گرفتن روابط ترموالاستيسيته وابسته به ابعاد تعيين ميگردد. در اين پايان نامه، يك مدل وابسته به ابعاد براي ميكرورزوناتورهاي تحت ليزر پالسي معرفي ميگردد. ميكرورزوناتور از يك ميكروتير تشكيل گرديده است. در اين سيستم، با استفاده از محرك ليزر پالسي، يك منبع حرارتي وابسته به زمان در ميكرورزوناتور توليد ميشود كه اين منبع حرارتي عامل توزيع غيريكنواخت دما و كرنش-هاي حرارتي در ميكروتير بوده و منجر به پيدايش ارتعاشات ميگردد. با توجه به كوتاه بودن مدت اعمال پالس، از فرضيات انتقال حرارت هدايتي غيرفوريه در توزيع حرارت استفاده و معادلات ديناميكي با در نظر گرفتن روابط ترموالاستيسيته وابسته به ابعاد (شامل تئوري كوپل تنش اصلاحي) تعيين ميگردد. در تعيين معادلات حرارتي و ارتعاشي از مدل لرد شلمن بهره گرفته شده و اين مدل با تئوري غيركلاسيك كوپل تنش پيراسته تركيب ميگردد. معادلات حرارتي-ارتعاشي با روشهاي عددي المان محدود و تحليلي حل ميشود. در روش تحليلي، بررسي همگرايي با تغيير تعداد جملات به كار رفته در سري انجام شده و تعداد جملات مورد نياز در سريهاي مربوطه به دست ميآيد. در روش المان محدود، با تغيير تعداد المانها، همگرايي پاسخ در يك مش مشخص به تاييد ميرسد و سپس يك مقايسه بين روش تحليلي و المان محدود انجام ميپذيرد. در نهايت براي توانهاي مختلف ورودي و نقاط مختلف ارتفاعي و طولي در ميكروتير، اختلاف بين تئوري فوريه و غيرفوريه و تفاوت بين تئوري محيط پيوسته كلاسيك و غير كلاسيك تير مورد مطالعه قرار ميگيرد. در نمودار توانهاي مختلف و اثر طول پالس، مشاهده ميشود كه با افزايش توان و طول پالس، بيشينه دما در ميكروتير افزايش مييابد ولي زمان قله و دره جابجايي ميكروتير ثابت ميماند و فقط دامنه ارتعاشات با افزايش توان و طول پالس، افزايش پيدا ميكند.
چكيده انگليسي :
Abctract
Microresonators are part of the microelectromechanical systems that have recently been considered by researchers for their wide and various applications. There are various methods for actuating the microresonators, among which electrostatic, thermal, electromagnetic, and piezoelectric methods can be mentioned. In a thermal mechanism, one of the ways to supply heat source in the microresonators is to use pulse lasers. In order to create a laser beam, light is first activated to the active substance, and then, with the aid of the cavity, a laser beam is produced that has same phase and uniform wavelength rays. A beam of pulse laser that is radiated to the microresonator, generates a gradient of temperature in the system and results in vibration. Due to the short duration of pulse laser, the hypothesis of non-Fourier heat conduction theory is used to obtain the heat distribution and the dynamic equations are determined by considering the size-dependent thermoelasticity relationships. In this thesis, a size dependent model is proposed for dynamic behavior of microresonators under pulse laser pumping. The microresonator is composed of a microbeam. In this system, using a pulsed laser actuator, a time dependent heat source is produced at the microresonator, which leads to a non-uniform distribution of temperature and thermal strain in the microbeam and production of the vibration in the beam. Due to the short duration of pulse application, the assumptions of non-Fourier conduction heat transfer are utilized to investigate the heat distribution and the dynamic equations are determined by considering the size dependent thermoelastic relationships (including modified couple stress theory). The model is used to determine the coupled thermal and vibration equations. The thermal-vibration equations are solved by numerical method of finite element and analytic technique. In the analytical method, the convergence study is performed by changing the number of terms used in the series and the required number of terms in the series is obtained to achieve converged solutions. In the finite element method, by changing the number of elements, the convergence of the response is confirmed in a given mesh, and then a comparison is made between the analytical and the finite element techniques. Finally, for different input powers and different points in the microbeam, the difference between Fourier and non-Fourier theory and the difference between the theory of the classical and nonclassical continuum theory are studied. It can be seen that with increasing power and pulse length, the maximum temperature is increased in the microstructure. But the times of maximum and minimum deflection is constant, and only the amplitude of vibration increases with increasing power and pulse length.
