عنوان پایان‌نامه
تحلیل رفتار مکانیکی میکروتیرهای ساخته شده از مواد تابعی هدفمند بر اساس تئوری کوپل تنش بهینه و روش اجزای محدود
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس البرز شماره ثبت: 241;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 65604
- تاریخ دفاع
- ۱۲ اسفند ۱۳۹۲
- دانشجو
- محمود نجاری الموتی
- استاد راهنما
- علیرضا دانش مهر
- چکیده
- تکنولوژی سیستمهای میکروالکترومکانیکی منجر به پیشرفت‌های عظیمی در زمینه ساخت وسایل جدید با کاربردهای نوین شده است. امروزه این سیستم‌ها به دلیل مزایای فراوانی که دارند از جمله وزن سبک، اندازه کوچک، مصرف انرژی کم و پایداری، جایگزین سیستمهای پیشین می‌شوند. آزمایشات صورت گرفته نشان داده که رفتار مواد در چنین ابعادی را نمی‌توان با استفاده از تئوری کلاسیک مکانیک جامدات به طور صحیح پیش‌بینی نمود . از اینرو تئوری‌های جدیدی برای توضیح رفتار مواد بوجود آمده است که رفتار مواد را در این ابعاد به خوبی توضیح می‌دهند. با توجه با اینکه میکرو تیرها به عنوان یک بخش اساسی به طور گسترده در بسیاری از سیستمهای میکرو الکترومکانیک مورد استفاده قرار می گیرند، در نتیجه باید مدل‌های اصلاح شده ریاضی آن‌ها بر اساس تئوری غیرکلاسیک ساخته شده و مورد تجزیه تحلیل قرار بگیرند تا به کمک این مدل‌ها بتوان تخمین بهتری برای طراحی و تحلیل تئوری این سیستم‌ها در دست داشته باشیم. در این پژوهش رفتار استاتیکی و ارتعاشاتی میکروتیر ساخته شده از مواد تابعی هدفمند و مواد همگن با استفاده از روش اجزا محدود و با در نظر گرفتن اثرات اندازه بر اساس تئوری کوپل-تنش بهینه مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا معادلات حاکم با استفاده از اصل همیلتون بر اساس مدل اویلر-برنولی و تیموشنکو برای حالت خطی به کمک تئوری اصلاح شده کوپل-تنش استخراج شد سپس بر اساس معادلات استخراج شده مدل اجزا محدود میکرو تیر برای هر دو تئوری اویلر-برنولی و تیموشنکو تعین گردید. با استفاده از نتایج تحلیلی صحت مدل‌های اجزا محدود استخراج شده مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس با استفاده از مدل اجزا محدود رفتار استاتیکی و ارتعاشاتی میکرو تیر به ازای پارامترهای مختلف در ابعاد میکرو مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.
- Abstract
- Micro-electromechanical systems (MEMS) technology has lead to immense developments in making new implements with novel functions. Nowadays these systems are replacing old ones due to their several advantages such as light weight, small sizes, low energy usage and stability. Experiments have shown that the behavior of materials in such dimensions can't be predicted precisely using classic theory of solids mechanics; therefore to describe the behavior of these materials, new theories have come up that describe the behavior of materials in small dimensions well. Considering the fact that microbeams are extensively used as a major part in a great number of micro-electromechanical systems, so their corresponding modified mathematical models should be developed based onnon-classical theories and be analyzed so that through them we can have a better estimation for designing and theoretically analyzing these systems. In this study, static and vibration behavior of isotropic and functionally graded microbeamsis investigated using finite element method and considering the size effect based on modified couplestress theory. First deriving equations are obtained using Hamilton principle based on Euler-Bernoulli and Timoshenko model for linear phase, and then finite element model of the microbeam was developed for both Euler-Bernoulli and Timoshenko model based on obtained equations. The validity of the obtained finite element models were evaluated using the analytical results. Then the static and vibrational behaviors of the microbeam are analyzed in micro dimensions using finite element model for different parameter
