تحلیل غیرخطی میکروتیرهای هدفمند در یک سیستم میکروالکترومکانیکی با هر دو الکترود متحرک

هدف پژوهش حاضر بررسی پاسخ استاتیکی و دینامیکی میکروتیرهای غیرخطی هندسی ساخته شده از مواد تابعی مدرج در سیستم‌های میکروالکترومکانیکی (مِمز) با هر دو الکترود متحرک می‌باشد. بدین منظور، با به‌خدمت گرفتن رابطه‌ی غیرخطی کرنشجابه‌جایی در این سازه‌ها براساس تئوری غیرخطی فون‌کارمن، معادله‌ی حرکت سیستم با استفاده از اصل همیلتون استخراج شده و در ادامه با استفاده از روش باقیمانده‌ی وزن‌دار گلرکین حل می‌شود. یافته‌های استاتیکی و دینامیکی پژوهش پیش‌رو با نتایج موجود در ادبیات برای سیستم‌های با یک الکترود متحرک اعتبارسنجی می‌شوند. نتایج استاتیکی و دینامیکی حاضر برای سیستم‌های با هر دو الکترود متحرک نیز با آن‌چه از طریق شبیه‌سازی سه‌بعدی اجزاء محدود در نرم‌افزار تجاری کامسول بدست می‌آید، مقایسه شده و به‌صورت موفقیت آمیزی صحه‌گذاری می‌گردند. در ادامه، اثر متحرک بودن هر دو الکترود علاوه‌بر تاثیر تغییر جنس مواد به‌صورت تابعی مدرج و اینرسی بر پاسخ غیرخطی سیستم مورد بررسی قرار می‌گیرد. نتایج حاکی از کاهش چشم‌گیر اختلاف پتانسیل کشیدگی در صورت قابلیت حرکت هر دو الکترود می‌باشد.

Nonlinear analysis of FG beambased doublemovableelectrode MEMS

The objective of the present paper is to investigate the static and dynamic responses of geometric nonlinear microbeams, which are made of functionally graded materials, in doublemovableelectrode microelectromechanical systems (MEMS). To do so, employing the nonlinear straindisplacement relation in such structures based on the von Kármán theory, the governing equations of motion have been obtained by Hamilton’s principle and then solved through the Galerkin weighted residual method. The static and dynamic findings of the present work have been verified by those available in the literature for singlemovableelectrode systems. The present static and dynamic results for doublemovableelectrode systems have also been compared and successfully validated by those obtained through 3D finite element simulations carried out in COMSOL commercial software. At the rest of the paper, aside from the influence of the movability of both electrodes, the inertia and material graduation effects on the nonlinear response of the system have been investigated. The results reveal that the movability of both electrodes drastically reduces the pullin voltage of the system.