آناليز ديناميكي ناپايداري كششي وابسته به اندازه در نانو عملگرهاي پيچشي

Size Dependent Dynamic Pull-in Instability Analysis of Torsional Nano Actuator

در اين مقاله تاثير نيروي واندروالس و اثر اندازه برروي پايداري ديناميكي يك ميكرو/ نانو آينه الكترواستاتيك پيچشي مدل يك درجه آزادي مورد بررسي قرار گرفته است. در ابتدا معادله حركت سامانه استخراج شده و سپس با استفاده از روش فضاي حالت، معادلات ديناميكي حل شده و نتايج مورد نظر استخراج شده است. پارامترهاي پولين سامانه شامل زاويه پيچش و ولتاژ مورد بررسي قرار گرفته و وابستگي آن ها به نيروي واندروالس و اثرات اندازه نشان داده شده است. همچنين، نتايج نشان مي دهند كه نقاط تعادل سامانه شامل نقاط سنتر، نقاط پايدار فوكوس و نقاط ناپايدار زيني هستند. منحني هاي فضاي فازي مربوط به اين نقاط، مسيرهاي حلقوي متناوب، حلقه هاي هتروكلينيك و حلقه هاي هوموكلينيك را ايجاد خواهند كرد. علاوه بر اين، در مقاله حاضر با استفاده از مدل تنش كوپل اصلاح شده، تاثير اثر اندازه در دامنه و فركانس ارتعاشي سامانه مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج به دست آمده نشان مي دهد كه مدل ارائه شده تطابق بسيار خوبي با نتايج تجربي و آزمايشگاهي دارد.

In this paper, the effect of van der Waals force and size-dependent on dynamic stability is studied for single degree of freedom model of torsional electrostatic micro/nano mirror. First, the equation of motion of system is derived and applying state space method, dynamic equations are solved and desired results are obtained. The pull-in parameters including tilting angel and voltage are considered and their dependency on van der Waals force and size effect is investigated. As well as results show that eqilibrium points of dynamic system include center points, stable focus points and unstable saddle points. The phase portraits related to these equilibrium points created periodic orbits, heteroclinic orbits, and homoclinic orbits. Furthermore, in present study, using modified couple stress thoery the influence of size effect on amplitude and frequency of system is considered. Obtained results show that the model presented in this paper is very good agreement with experimental results