بررسی اثر تغییر پارامترهای طراحی در شبیه‌سازی نانوحس‌گر شتاب‌سنج چندگانه پیزوالکتریک خازنی-مقاومتی

در این مقاله، طراحی و شبیه‌سازی نانوحس‌گر شتاب‌سنج ترکیبی پیزوالکتریک خازنیمقاومتی با استفاده از نرم‌افزار مالتی‌فیزیک comsol مورد بررسی قرار گرفته‌است. معادله حاکم بر خیز نانوحس‌گر یکسر درگیر با در نظر گرفتن نیروهای الکترواستاتیک و واندروالس-کازیمیر ارائه شده‌است. اثر در نظر گرفتن لایه پیزوالکتریک، پیزومقاومت و صفحه خازنی در رفتار خمشی نانوحس‌گر با اعمال ویژگی‌های فیزیکی لایه‌ها به کمک واسط‌های ریاضی در محیط نرم‌افزار شبیه‌سازی شده و سپس تحلیل شده‌است. برای چهار مدل شبیه‌سازی شده، نتایج به‌دست آمده از تحلیل شامل محاسبه مقدار تغییرات مقاومت /rr∆، تغییرات پتانسیل الکتریکی v/v∆ پچ پیزوالکتریک و تغییرات ظرفیت خازنی c/c∆ برحسب شتاب، توزیع تنش فون مایزز به ازای شتاب‌های مختلف و مقایسه بیشینه مقدار تنش با تنش تسلیم حس‌گر، توزیع خیز بر اساس شتاب وارد شده به نانوحس‌گر، تحلیل خستگی و تعیین شکل مودها و فرکانس‌های طبیعی نانوحس‌گر برای حصول اطمینان از کارکرد مناسب آن ارائه شده‌اند.

Study on effects of variation of different design parameters in simulation of multifunctional Nano piezoelectric resistivecapacitive accelerometer sensor

In this paper, design and mathematical simulation of a multifunctional piezoelectric capacitiveresistive Nano accelerometer sensor has been investigated using Comsol multiphisics finite element software. The governing equation of motion in thetransverse direction for a cantilever EulerBernoulli beam is derived considering electrostatic and van der WaalsCasimir forces. The effect of existence of piezoelectric layer, piezoresistive and capacitive patches in the bending behavior of the sensor is considered applying the physical properties of piezopatches and then simulated and solved using mathematical modules of the Comsol software. For four simulated modes of Nano sensors the obtained results are included to the values of ∆R/R,∆V/V and ∆C/C for piezo patches with respect to the variation of applied acceleration of the sensor, stress distribution along the length of the beam and maximum value of von Mises stress to compare with the yield stress of the sensor, deflection of the beam with respect to the variation of applied acceleration of the sensor, fatigue analysis for the sensor and the sensor’s mode shapes and natural frequencies to determine the performance of the sensor.