راه اندازها و پایان نامه

الف
ب
شکل 4-18) تاثیر تغییرات طول تیر بر روی پاسخ دینامیکی سیستم قبل از پدیده pull-in الف)نمودار تاریخ زمانی ،ب)فازی
الف
ب
شکل 4-19) تاثیر تغییرات طول تیر بر روی پدیده pull-in الف)نمودار تاریخ زمانی ،ب)فازی
شکل (4-20) تاثیر تغییرات طول تیر را بر روی ولتاژ ناپایداری به ازای سیالهای مختلف نشان میدهد.زمانیکه تیر در سیال غوطه ور است،افزایش طول تیر بر روی اینرسی سیال و شرایط ناپایداری تاثیر می گذارد.در این شکل از چند سیال برای بررسی پاسخ سیستم استفاده شده است و مشهود است که حضور سیال در مجموع باعث کاهش ولتاژ pull-inدر مقایسه با خلاء می شود.اینکه با کاهش طول تیر پدیده pull-in در ولتاژهای بالا رخ میدهد نیز بوضوح در این شکل نمایان است.
شکل 4-20)تغییرات ولتاژ pull-in به ازای تغییرات طول با در نظر گرفتن سیالهای مختلف
موقعیت قرار گیری تیر و تغییر ارتفاعH1 در محفظه دیگر پارامتر قابل تغییر در طراحی میکروسوئیچها است.تغییرات فاصله بین الکترودها باعث تغییر جرم افزوده و در نتیجه تغییر در ولتاژ ناپایداری می شود. شکل(4-21)ولتاژ بحرانی سیستم را به ازای سیالهای مختلف نشان می دهد و میتوان نتیجه گرفت که افزایش دانسیته وجرم افزوده باعث کاهش ولتاژ بحرانی می شود.
شکل4-21 )تغییرات فاصله بین دو الکترود بر روی ولتاژ pull-in به ازای سیالهای مختلف
فصل پنجم
نتیجه گیری و پیشنهاد
در پروژه فوق با حل همزمان معادلات سیال – جامد و اعمال شرط سازگاری از نوع جابجائی ارتعاشات آزاد یک تیر در محفظه بسته سیال تراکم ناپذیر و غیر لزج مورد بررسی قرار گرفته است.بمنظور سازگاری در جابجایی عرضی تیر با سیال معادلات کوپل شده سیال-جامد با استفاده از روش بسل فوریه استخراج شده است و با حل مسئله مقدار ویژه مشخصه های ارتعاشی سیستم بدست آمده و با مشخصه های تیر خشک مورد مقایسه قرار گرفتند.علاوه بر حل مقدار ویژه بصورت وابسته خطی ، مسئله مقدار ویژه به ادغام ضرایب مجهول به یک معادله تبدیل شده و اثر جرم افزوده صریحا در معادله ظاهر گردیده است و دقیقا جرم افزوده ناشی از نوع سیال در تغییر فرکانسی سیستم مورد ارزیابی قرار گرفته است.در حل ارتعاشات آزاد سیستم شکل مدهای تیر و سیال مورد بررسی قرار دادیم و به نتیجه رسیدیم که سیال فرض شده مودهای بالاتر تیر را بیشتر تحت تاثیر قرارداده و تفاوت رفتار تیر در مدهای بالا بیشتر از مدهای پایین است.
علاوه بر شکل مدهای تیر،الگوهای رفتار سیال در پی حرکت تیر نیز مورد بررسی قرار گرفت که بردارهای سرعت سیال در مجاورت تیر بزرگتر از مناطق دیگر محفظه سیال بود و در نتیجه سیال مجاور تیر اینرسی و انرزی جنبشی بیشتری دارد.علا وه بر این از الگوهای حرکت سیال می توان نتیجه گرفت که در هر مد ارتعاش تیر وابسته به جرم افزوده سیال در آن مد است.با بررسی تغییرات فرکانسهای طبیعی سیستم به ازاء تغییرات مشخصه های سیال وابعاد هندسی محفظه، نشان داده شد که علاوه بر طول تیر نوع سیال و موقعیت قرار گیری میکروتیر نیز می تواند نتایج را تحت تاثیر قرار دهند.که از این تغییرات می توان نتیجه گرفت که مدهای بالا میتوانند نقش مهمتری را در رفتار دینامیکی سیستم ایفا کنند.با تغییرات دانسیته سیال نشان داده شد که افزایش دانسیته موجب افزایش جرم افزوده و در نتیجه کاهش فرکانسهای طبیعی سیستم می شود که این نتایج در فرکانسهای بالا بیشتر نمود پیدا می کند.علاوه بر آن تغییرات طول تیر باعث تغییر در فرکانس و شکل مدهای سیستم شد که با کاهش طول تیر فرکانسهای طبیعی تیر افزایش یافت و این کاهش طول تیر باعث شد که سیال رفتار تیر را بیشتر تحت ناثیر قرار داده و تغییر دهد. کاهش فاصله تیر با کف مخزن نیز باعث کاهش فرکانسهای طبیعی سیستم شد که نتایج بدست آمده می توانند در طراحی میکروحسگرها و میکرو عملگرها مورد استفاده قرار گیرند.در ادامه رفتار تیر را به ازاء تحریک الکترواستاتیک به فرم ولتاژ پله مورد بررسی قرار دادیم و اثرات مشخصه های سیال و هندسه سیستم بر روی پاسخ گذرا و زمان ناپایداری سیستم مورد بررسی قرار گرفت. زمانیکه ولتاژ بصورت آنی به تیر اعمال می شود تا قبل از اینکه ناپایداری در سیستم رخ دهد منحنی ها بصورت پریودیک و متناوب بوده اما در هنگام pull-in و بعد از آن منحنی ها غیر متناوب شده و جدایش در منحنی ها رخ می دهد.دوایر پریودیک در راه اندازهایی نظیر ارتعاش سنجها و دستگاههای تولید برق نوسانی و…. بکار می روند و دوایر غیر پریودیک در سوئیچ ها مورد استفاده قرار می گیرند.زمانیکه ولتاز ثابت به میکروتیر اعمال و از سیالهای گوناگون برای بررسی پاسخ دینامیکی سیستم استفاده کردیم به این نتیجه رسیدیم که ضریب دی الکتریک باعث تغییر در دامنه نوسانات نوک میکروتیر و دانسیته سیال باعث تغییر در پریود و فرکانسهای سیستم می شود.و همچنین این دو خاصیت سیال باعث تغییر ولتاز ناپایداری سیستم می شود و البته ضریب دی الکتریک بیشتر از دانسیته، ولتاژ pull-in را تحت تاثیر قرار می دهدلذا با انتخاب سیال مناسب می توان زمان و ولتاز ناپایداری را که پارامتری بسیار مهم در طراحی میکروسوئیچ ها است کنترل کرد.
در ادامه اثر تغییرات هندسی هم بر روی پاسخ گذرا بازای سیالهای گوناگون مورد بررسی قرار گرفت که با کاهش طول تیر،ناپایداری در ولتاژهای بالا اتفاق می افتد و حضور سیال در مقایسه با خلاء با در نظر گرفتن طولهای مشابه باعث کاهش ولتاژهای ناپایداری می شود.تغییر در فاصله بین دو الکترود با تغییر ارتفاع مخزن نیز دیگر پارامتر قابل تغییر در طراحی میکروسوئیچها است. تغییر در فاصله بین الکترودها باعث تغییر جرم افزوده و در نتیجه تغییر در ولتاژ ناپایداری می شود. افزایش فاصله بین الکترودها باعث می شود ناپایداری در ولتاژهای بالا رخ دهد و این اتفاق در حضور سیال در ولتاژهای بایینتری در مقایسه با خلاء رخ می دهد.
در ادامه پیشنهاداتی برای ادامه کار ارائه می شود:
انجام تحقیقات صورت گرفته در این پایان نامه با در نظر گرفتن سیال ویسکوز
انجام تحقیقات صورت گرفته در این پایان نامه با در نظر گرفتن سیال تراکم پذیر
انجام تحقیقات صورت گرفته با در نظرگرفتن کنترل فعال
مراجع
R., Batra, M., Porfiri, D., Spinello, Review of modeling electrostatically actuated microelectromechanical systems, Smart Mater Struct. 16(6), (2007) 23-31.