دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسي مکانيک

گرایش : طراحي کاربردي

عنوان :تحليل غير خطي ديناميکي و ارتعاشي نانولوله کربني در سيستم نانوالکترومکانيک‌سوييچ با بهره گرفتن از تئوري غير‌محلي الاستيسيته

دانشگاه کاشان

دانشکده مهندسي مکانيک

پايان نامه کارشناسي ارشد مهندسي مکانيک

گرایش طراحي کاربردي

عنوان:

تحليل غير خطي ديناميکي و ارتعاشي نانولوله کربني در سيستم نانوالکترومکانيک‌سوييچ با بهره گرفتن از تئوري غير‌محلي الاستيسيته

استاد راهنما:

پروفسور علي قربان پورآراني

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

1-فصل اول : مقدمه    1

1-1-سيستم‌هاي ميکرو و نانو الکترومکانيکي      1

1-1-1-  سوييچ‌هاي الكترواستاتيك… 5

1-1-1-1-مزايا و معايب ميکرو و نانوسوييچ‌ها  6

1-1-2-سيستم‌هاي ميکرو و نانو الکترومکانيکي در شناسايي ذره‌ خارجي   9

1-1-3-  تئوري‌هاي کلاسيک و غير موضعي.. 10

1-1-4-فصل‌بندي پژوهش… 11

1-2-مفاهيم پايه و اصلي   13

1-2-1-تحريک الکترواستاتيک در ميدان الکتريکي   13

1-2-2-نيروي بين ملکولي واندروالس    16

1-2-2-1-مقدمه    16

1-2-2-2-تعامل نيروي واندروالس و الکترواستاتيک در نانوسوييچ.. 17

1-2-3-تئوري تنش غيرمحلي.. 18

1-2-4-حسگر جرمي.. 20

1-3-مروري بر ادبيات و تاريخچه موضوع تحقيق    22

1-3-1-مروري بر تاريخچه مدلسازي و طراحي ميکرو/نانوسوييچ‌هاي کربني   22

1-3-2- مروري بر روش‌هاي حل عددي و تحليلي ميکرو/نانو تيرهاي تحريک‌شده با ميدان الکتريکي   25

1-3-3-پيشرفت‌هاي انجام شده در زمينه سنسورها 29

1-3-4-اهداف پژوهش و سازماندهي.. 32

2-فصل دوم : مدلسازي مسأله. 34

2-1-استخراج معادله حاکم بر مسأله  34

2-2-استخراج شرايط مرزي   38

2-2-1-سوييچ يکسرگيردار 38

2-3-  بي‌بعد‌سازي معادلات.. 40

2-4-بسط تيلورنيروهاي غير خطي   41

2-5-حل خطي مسأله. 41

2-6-تاثير ولتاژ روي فرکانس طبيعي تير    43

3-فصل سوم : تحليل استاتيکي و ديناميکي سيستم.. 46

3-1-تحليل استاتيکي   46

3-1-1-روش حل معادلات مقدار مرزي در متلب   47

3-1-2-نتايج و نمودارهاي تحليل استاتيک    48

3-2-تحليل ديناميکي   59

3-2-1-  مقدمه. 59

3-2-2-استخراج معادله خطي و همگن براي ارتعاش آزاد. 60

3-2-3-حل ارتعاش آزاد مسأله. 62

3-2-3-1-شرايط مرزي طبيعي در    64

3-2-4-روش گالرکين، و حذف وابستگي به مکان در مسئله  66

3-2-5-حل عددي معادله ديفرانسيل غيرخطي وابسته به زمان  68

3-2-6-نمودار ها و نتايج تحليل ديناميک    69

4-فصل چهارم : بررسي ناپايداري سيستم با حضور ذره جرمي محرک… 77

4-1-مقدمه 77

4-1-1-ارتعاش سازه‌ها تحت بار يا ذره محرک    77

4-1-2-نانو ذره محرک در سيستم‌هاي نانو الکترومکانيک    78

4-2-فرضيات لازم جهت مدلسازي مسأله  79

4-3-فرموله کردن مسأله  80

4-3-1-معرفي پارامترهاي بدون بعد ذره 82

4-4-نتايج عددي و بحث‌ها 83

5-فصل پنجم : ناپايداري استاتيکي غيرخطي غيرمحلي نانوسوييچ ‌نيتريد-بور. 88

5-1-         مقدمه. 88

5-2-نانوسوييچ نيتريد-بور 89

5-3-مدلسازي نانوسوييچ   90

5-3-1-راوابط کرنش-جابجايي.. 90

5-3-2-مواد پيزوالکتريک… 90

5-3-3-  نيروي‌هاي خارجي.. 91

5-3-4-تئوري پيزوالاستسيته غيرمحلي.. 92

5-4-معادلات حاکم  92

5-5-روش حل و نتايج عددي   95

5-5-1-روش مربع‌سازي ديفرانسيلي.. 95

5-5-2-نتايج عددي و بحث‌ها 97

6-فصل ششم : نتيجه‌گيري و پيشنهادها 101

6-1-نتيجه‌گيري   101

6-1-1-لزوم تحليل و سازماندهي پژوهش    101

6-1-2-نتايج تحليل و بررسي پژوهش    102

6-2-پيشنهادها براي کارهاي بعدي   105

پيوست        106

الف- تعريف دستور روش bvp4c در متلب.. 106

مراجع     108

 

فهرست شکل‌ها
شکل ‏1‑1: ماده پيزو الکترويک در حالت تحريک کننده و حس‌کننده(تشخيص واندازه گيري) [3] 3

شکل ‏1‑2: نمايش حالت روشن و خاموش سوييچ با تحريک الکترواستاتيک[3] 6

شکل ‏1‑3: تصويري از تحريک الکترواستاتيکي CNT Switch درمداري که با منبع ولتاژ و مقاومت فيدبک تنظيم مي‌شود. 9

شکل ‏1‑4: شماتيک سه بعدي ميکرو/نانو تيرتحريک شده با مدل خازن در ميدان الکتريکي.. 14

شکل ‏1‑5: نمايش تعادل نيروها براي نانو سوييچ کربني بالاي صفحه زمين با هندسه يک‌سرگيردار 17

شکل ‏1‑6: نمودار پاسخ فرکانسي تير يکسرگيردار تحريک شده نزديک رزونانس اوليه قبل و بعد از شناسايي جرم. پاسخ زماني ميکروتير قبل و بعد از تشخيص جرم  نشان مي‌دهد، سوييچي که در فرکانس تحريک ثابت در حال نوسان است، با تشخيص جرم فعال شده (STMT) و سقوط مي‌کند[3]. 21

شکل ‏2‑1: المان تير اويلربرنولي.. 35

شکل ‏2‑2: نسبت فرکانس اساسي تيرخميده به تير مستقيم بر حسب تغييرات ولتاژ سوييچ يکسرگيردار 44

شکل ‏2‑3: نسبت فرکانس اساسي تيرخميده به تير مستقيم بر حسب تغييرات ولتاژ سوييچ دوسرگيردار 45

شکل ‏2‑4: تأثيرتغييرات ولتاژ روي نقطه تعادلي تير يکسرگيردار که حول آن سوييچ نوسان مي‌کند. 45

شکل ‏3‑1: منحني اعتبار سنجي. جابجايي ماکزيمم برحسب ولتاژ- مقايسه کار حاضر با مدل روتکين ]21[  49

شکل ‏3‑2: اثر پارامترغيرموضعي روي ولتاژ ناپايداري استاتيکي.. 50

شکل ‏3‑3: نمودار جابجايي سر آزاد تير- برحسب ولتاژ به ازاي پارامتر غير موضعي (0.1) 51

شکل ‏3‑4: اثر نيروي واندروالس روي ولتاژ ناپايداري استاتيکي.. 52

شکل ‏3‑5: اثر پارامتر غيرموضعي در تغيير رفتار تيريکسرگيردار تحت بارگذاري سهموي.. 53

شکل ‏3‑6: تغيير رفتار نمودار جابجايي انتهاي تيريکسرگيردار برحسب ولتاژ با ( ) در ازاي گپ‌هاي 1و2و3 نانومتري قبل از پولين   54

شکل ‏3‑7: اثر نيروي واندروالس و پارامتر غير موضعي روي ولتاژ ناپايداري استاتيکي تير دوسرگيردار 55

شکل ‏3‑8: نمودار جابجايي نقطه مياني تيردوسرگيردار برحسب ولتاژ با ( ) در ازاي سه طول‌ 40و60و100 نانومتري قبل از پولين   57

شکل ‏3‑9: تغيير رفتار نمودار جابجايي نقطه انتهايي تيريکسرگيردار برحسب ولتاژ با ( ) در ازاي سه طول‌ 40و60و100 نانومتري قبل از پولين.. 58

شکل ‏3‑10: رفتار ديناميکي نانولوله يکسرگيردار به ازاي ولتاژ مستقيم مختلف بدون حضور نيروي واندروالس    70

شکل ‏3‑11: رفتار ديناميکي  نانولوله يکسرگيردار به ازاي ولتاژ مستقيم مختلف در حضور نيروي واندروالس    72

شکل ‏3‑12: رفتار ديناميکي نانولوله يکسرگيرداربا پارامتر غيرموضعي 0.1 به ازاي ولتاژهاي مستقيم مختلف بدون نيروي واندروالس    73

شکل ‏3‑13: رفتار ديناميکي نانولوله يکسرگيردار با پارامتر غيرموضعي 0.1 به ازاي ولتاژهاي مستقيم مختلف در حضور نيروي واندروالس    74

شکل ‏3‑14: منحني رفتار وابستگي دومتغيره فرکانس طبيعي اساسي نانولوله به ولتاژ استاتيکي اوليه و پارامتر غيرموضعي   76

شکل ‏4‑1: رفتار جابجايي نرمالايز شده انتهاي تير يکسرگيردار حين عبور ذره با  ،   و  . به ازاي ولتاژهاي کمتر از پولين ديناميک… 85

شکل ‏4‑2: نمايش ناپايداري کششي تير در بازه زماني حرکت ذره به ازاي سرعت ‌هاي مختلف-با پارامتر غيرموضعي 0.1  86

شکل ‏5‑1: منحني جابجايي ماکزيمم سوييچ يکسرگيردار نيتريد-بور برحسب ولتاژ اعمالي در دوحالت خطي و غيرخطي   98

شکل ‏5‑2: اثر پارامتر غيرموضعي روي جابجايي ماکزيمم سوييچ‌ يکسزگيردار نيتريد-بور 99

شکل ‏5‑3: تغييرات پتانسيل الکتريکي بدون بعد در طول تير يکسرگيردار به ازاي پارامتر موضعي.. 100

شکل ‏5‑4: تغييرات پتانسيل الکتريکي بدون بعد در طول تير دوسرگيردار به ازاي پارامتر موضعي.. 100

 

فهرست جدول‌ها

تحليل غير خطي ديناميکي و ارتعاشي نانولوله کربني در سيستم نانوالکترومکانيک‌سوييچ با بهره گرفتن از تئوري غير‌محلي الاستيسيته  1

جدول ‏3‑1: پارامترهاي هندسي و خواص مکانيکي نانولوله کربني وثابت‌هاي نيرويي.. 48

جدول ‏3‑2: تاثير گپ در حضور و عدم حضور نيروي واندروالس روي ولتاژ پولين استاتيکي تيريکسرگيردار 56

جدول ‏3‑3: اثر طول روي ولتاژ پولين استاتيک براي دو تير يکسرآزاد و دوسرگيردار 58

جدول ‏3‑4: تاثير گپ روي ولتاژ ناپايداري نانولوله‌ بدون نيروي واندروالس… 72

جدول ‏3‑5:تاثير ولتاژ استاتيک اوليه و پارامترهاي غيرموضعي مختلف روي فرکانس اساسي نانولوله يکسرگيردار 75

جدول ‏4‑1: مشخصه‌هاي هندسي سوييچ سنسوري و ويژگي‌هاي نانولوله کربن.. 84

جدول ‏4‑2: سرعت و طول زمان حرکت ذره و ولتاژهاي اعمال شده به سيستم با هندسه مشخص… … 87

جدول ‏5‑1: مشخصات هندسي و خواص فيزيکي و مکانيکي نانولوله نيتريد-بور 97

چکيده :

سيستم‌هاي ميکرو و نانو الکترومکانيکي به خاطر ويژگي‌هاي متمايز و مشخصه‌هاي منحصر به‌فرد، عمدتاً در دو حوزه حسگرها و عمگرها، در علوم مختلف همچون مکانيک، هوافضا و پزشکي موردتوجه قرارگرفته‌اند. تحريک الکترواستاتيک يکي از ساده‌ترين و پرکاربردترين روش‌هاي تحريک و راه‌ اندازي اين سيستم‌ها بوده که منجر به وقوع ناپايداري در آن‌ها مي‌گردد.

پيش‌بيني رفتار استاتيکي و ديناميکي سيستم‌هاي الکترومکانيکي در ابعاد نانو با تئوري‌هاي کلاسيک، با خطا همراه بوده ‌است. به همين منظور در تحقيق حاضر، تحريک الکترواستاتيکي نانوسوييچ‌ها و نانوحسگرهاي کربني با بهره گرفتن از تئوري تنش غيرمحلي بررسي مي‌شود. ابتدا معادلات غيرخطي و شرايط مرزي طبيعي حاکم بر مساله با تئوري غيرموضعي بازنويسي شده و جابجايي نانوتير به دو قسمت استاتيکي و ديناميکي تقسيم مي‌گردد. حل معادله استاتيکي انجام شده، و سپس با حل مسأله مقدار ويژه معادله ديناميکي، فرکانس طبيعي و شکل مود ‌نرمالي استخراج مي‌‌شود که تابع ولتاژ استاتيکي اوليه و پارامتر غيرموضعي است، تا بتواند در روش تقريبي گالرکين براي حل معادلات و تعيين هرچه دقيق‌تر ولتاژ و زمان ناپايداري ديناميکي نانوسوييچ استفاده گردد. در تحليل ارتعاشي با معرفي مدل جديد نانوحسگرکربني در حضور نانو ذره محرک کارايي آن امتحان مي‌شود. همچنين ناپايداري کششي غيرمحلي و غيرخطي نانوسوييچ نيتريد-بور با تئوري پيزو الاستسيته غيرمحلي بررسي مي‌گردد. در نهايت نتايج بدست آمده از تحليل نمودارهاي استاتيکي و ديناميکي و ارتعاشي نشان ‌مي‌دهد اثر غيرموضعي رفتار نانوسوييچ الکترومکانيکي را به ويژه در حوزه کميت‌هاي ناپايداري تحت تأثير قرار مي‌دهد.

تعداد صفحه : 128

قیمت : 14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

:       

****         serderehi@gmail.com

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :
 
 

2 Comments

Comments are closed.