آنالیز دینامیکی و بررسی تحریک پارامتریک میکروآینه ها

سیستم های میکروالکترومکانیکی عموماً بر اساس نوع مکانیزم تحریکشان طبقه بندی می شوند. یکی از مهم ترین مکانیزم های تحریک این سیستم ها، تحریک الکتروستاتیک می باشد. مطالعه میکروحسگرها و میکرومحرک ها که به وسیله نیروی الکتروستاتیک تحریک می شوند به دلیل مزایای بسیارشان که آن ها را تبدیل به بخش اصلی بسیاری از سوئیچ ها، میکروآینه ها و میکرورزوناتورها کرده است، از اهمیت زیادی برخوردار است. در بخش اول این تحقیق رفتار میکروآینه در پاسخ به اعمال گشتاور الکترواستاتیکی غیرخطی مورد مطالعه قرار گرفته است. به دلیل غیرخطی بودن ماهیت گشتاور الکتروستاتیک، میکروآینه می تواند وابسته به چگونگی تحریک سیستم ناپایدار گردد. بر اساس نوع کاربرد میکروآینه ها می توانند هم با اعمال ولتاژ dc تحریک شوند و هم با اعمال ترکیبی از ولتاژ dc و ac. در مدل بررسی شده در این تحقیق میکروآینه بطور متقارن در بین دو الکترود قرار گرفته است. در ابتدا به پایداری استاتیکی سیستم مورد مطالعه پرداخته شده است و برای این منظور pull-in استاتیکی، نقاط تعادل و نقاط دوشاخگی سیستم تعیین و بررسی شده اند. چنانچه برای تحلیل پایداری نقاط تعادل نمودارهای فازی به ازای شرایط اولیه مختلف در ولتاژهای متفاوت رسم شده اند و در نتیجه نواحی جذب هر نقطه تعادل وابسته به مقادیر شرایط اولیه مشخص شده اند. سپس با اعمال ولتاژ ac در کنار ولتاژ dc، اثر ولتاژ ac بر پایدارسازی میکروآینه بررسی شده است. بدین جهت با نوشتن معادله ارتعاشی حاکم بر سیستم و بسط تیلور ترم غیر خطی حول نقطه تعادل استاتیکی ، معادله متیو بدست می آید. به عبارت دیگر در این مدل تحریک پارامتریک میکروآینه مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا نواحی پایداری و ناپایداری را با استفاده از روش اغتشاش و رسم transition curves به دست آورده و سپس با نگاشت این نواحی به فضای پارامتری v_dc-v_ac به ازای مقادیر فرکانس تحریک بی بعد مختلف، مرزهای پایداری در این فضا نیز به دست می آید. نتایج به دست آمده، نشان می دهند که افزودن ولتاژ ac می تواند میکروآینه را در ولتاژهای بالاتر از ولتاژ pull-in استاتیکی پایدار سازد. در بخش دوم، میکروتیر fgm تحت ولتاژ الکتروستاتیک بر اساس تئوریmcst بررسی شده است. میکروتیر fgm از دو ماده تشکیل شده است که خواص مواد به طور پیوسته در طول ضخامت تیر تغییر می کنند. ولتاژ pull-in دینامیکی و استاتیکی میکروتیر تحت تئوری کلسیک به دست آمده و نشان داده شده است که برای برخی مواد نمی توان از تئوری کلاسیک برای محاسبه ی ولتاژ pull-in استفاده کرد و باید تنش های کوپل را نیز در نظر گرفت. علاوه براین نشان داده شده است که مقادیر ولتاژهای pull-in به تغییرات کسر حجمی دو ماده تشکیل دهنده میکروتیر در طول ضخامت بستگی دارند.