بررسی ضریب کیفیت در ارتعاشات خطی میکروصفحه مستطیلی با در نظر گرفتن اثر میرایی ترموالاستیک

با توجه به لزوم دستیابی به تشدیدگرهای با ضریب کیفیت بالا در سیستم‌های میکروالکترومکانیکی، شناخت و بررسی عوامل موثر بر ضریب کیفیت امری ضروری و اجتناب ناپذیر می‌باشد. در سیستم‌های میکروالکترومکانیکی از میکروصفحات مرتعش به عنوان تشدیدگر و فیلترهای رادیویی استفاده می‌شود. در این پژوهش به بررسی اثر میرایی ترموالاستیک که از مهم‌ترین عوامل تاثیر گذار بر ضریب کیفیت میکروساختارها می‌باشد، برای ارتعاشات عرضی میکروصفحه مستطیلی شکل در دو حالت آزاد و اجباری پرداخته شده است. ارتعاشات اجباری میکروصفحه در پژوهش حاضر ناشی از اعمال نیروی الکترواستاتیک در نظر گرفته می‌شود. جهت ساده‌سازی و حل معادلات از روش گالرکین استفاده شده است. نتیجه یک معادله جبری غیرخطی می‌باشد که می‌تواند برای محاسبه ضریب کیفیت میکروصفحات مستطیلی با شرایط مرزی مختلف مورد استفاده قرار گیرد. بر خلاف پژوهش‌های پیشین، مدل ارائه شده به‌طور مستقیم می‌تواند ضریب کیفیت را محاسبه کند و نیازی به محاسبه فرکانس طبیعی در حالت بدون در نظر گرفتن میرایی ترموالاستیک ندارد. برای شبیه‌سازی اجزای محدود از نرم‌افزار کامسول مولتی‌فیزیکس استفاده شده است. در پایان پس از اطمینان از صحت نتایج، تاثیر پارامترهای مختلف بر ضریب کیفیت میکروصفحه مورد بررسی قرار گرفته است. مدل ارائه شده جهت محاسبه ولتاژ ناپایداری کششی نیز می‌تواند موثر واقع شود.

Investigation of Quality Factor for Linear Vibrations of Rectangular Micro-plates with Thermoelastic Damping

Regarding the necessity of obtaining highquality resonators in microelectromechanical systems, recognizing and investigating the parameters that affect the quality factor of microstructures are essential and inevitable. Thermoelastic damping is a dominant source of damping which has a considerable effect on the quality factor. In microelectromechanical systems, microplates are used as resonators and radio frequency filters and so on. In this paper, the effect of thermoelastic damping, which is one of the most important factors affecting the quality factor, has been investigated for rectangular microplates. The microplate is subjected to an electrostatic actuation. Galerkin method has been used to simplify and solve the governing equations. The result is a nonlinear algebraic equation for the quality factors of microplates of general conditions due to thermoelastic damping. Unlike previous researches, the proposed model can directly calculate the quality factor and there is no need of calculating undamped natural frequency. COMSOL multiphysics software is used for finite element simulation. After verification of the proposed model, the effect of various parameters on the quality factor is investigated. The proposed model can also be used to calculate the pullin instability voltage. The results of the current paper can be used to design microelectromechanical systems.