دانشگاه کاشان
دانشکده مهندسی مکانیک
گروه مکانیک جامدات
پایان نامه جهت اخذ مدرک کارشناسی ارشد
مهندسی مکانیک (طراحی کاربردی)
عنوان:
تحلیل غیر خطی دینامیکی و ارتعاشی نانولوله کربنی در سیستم نانوالکترومکانیک‌سوییچ با بهره گرفتن از تئوری غیر‌محلی الاستیسیته
استاد راهنما:
پروفسور علی قربان پورآرانی
توسط:
مهدی غفاری نطنزی
بهمن‌ماه ۱۳۹۲
تقدیم به مادرم که
فرط شوق محبت به دُردانه‌اش، دردِ تازه روحِ شب و دردِ کهولتِ جسمِ روز را با یادگارنجـــیبانه مادرش آرام میکند، تا اندکی از موعِد قوُتِ من دیر نشود!
تقدیم به پدرم که
تصور تغییرناپذیر از جوان مهنـــدس‌اش، خَرجی‌اش را کودکانه در کوله پشتی‌ مدرسه‌اش‌ مقرر میکند، تا اندکی ازحـسِ استقلالِ جوانیِ من شرمنده نشود!
آنها و فقط آن‌ها، در مکانیکِ روزگار من، خـَــــــــــطی ترین آدم‌های زندگی‌ام هستند.
و تقدیم به خواهران و برادر عزیز و مهربانم که
تنها سرمایه‌های زندگی‌ام هستند و حضور آنها همیشه موجب شـادی و دلگـرمی و آرامـش خاطر من خواهد بود.
تشکر و قدردانی:
حمد و سپاس خدای را که توفیق کسب دانش و معرفت را به ما عطا فرمود. در اینجا بر خود لازم میدانم از تمامی اساتید بزرگوار به ویژه اساتید دوره کارشناسی ارشد که در طول سالیان گذشته مرا در تحصیل علم و معرفت و فضائل اخلاقی یاری نموده‌اند تقدیر و تشکر نمایم.
از استاد راهنمای گرامی و بزرگوارم جناب آقای دکتر علی قربانپور که راهنمایی اینجانب را در انجام تحقیق، پژوهش و نگارش این پایان نامه تقبل نموده‌اند نهایت تشکر و قدردانی را دارم.
همچنین از اساتید داور آقای دکتر ترابی و آقای دکتر محمدی مهر که با دقت این پایان‌نامه را مورد مطالعه قرار داده و از نظرات و پیشنهادات تخصصی هر دو بزرگوار در جلسه دفاعیه استفاده کردم، کمال تشکر را دارم.
در پایان از کلیه دوستان دوران تحصیل بنده که همیشه همراه اینجانب بوده‌اند و دانشجویان مقطع دکترا به جهت راهنمایی‌های بی‌چشمداشت، بی‌نهایت سپاسگزارم.
چکیده :
سیستم‌های میکرو و نانو الکترومکانیکی به خاطر ویژگی‌های متمایز و مشخصه‌ های منحصر به‌فرد، عمدتاً در دو حوزه حسگرها و عمگرها، در علوم مختلف همچون مکانیک، هوافضا و پزشکی موردتوجه قرار گرفته‌اند. تحریک الکترواستاتیک یکی از ساده‌ترین و پرکاربردترین روش‌های تحریک و راه‌ اندازی این سیستم‌ها بوده که منجر به وقوع ناپایداری در آن‌ها می‌گردد.
پیش‌بینی رفتار استاتیکی و دینامیکی سیستم‌های الکترومکانیکی در ابعاد نانو با تئوری‌های کلاسیک، با خطا همراه بوده ‌است. به همین منظور در تحقیق حاضر، تحریک الکترواستاتیکی نانوسوییچ‌ها و نانوحسگرهای کربنی با بهره گرفتن از تئوری تنش غیرمحلی بررسی می‌شود. ابتدا معادلات غیرخطی و شرایط مرزی طبیعی حاکم بر مساله با تئوری غیرموضعی بازنویسی شده و جابجایی نانوتیر به دو قسمت استاتیکی و دینامیکی تقسیم می‌گردد. حل معادله استاتیکی انجام شده، و سپس با حل مسأله مقدار ویژه معادله دینامیکی، فرکانس طبیعی و شکل مود ‌نرمالی استخراج می‌‌شود که تابع ولتاژ استاتیکی اولیه و پارامتر غیرموضعی است، تا بتواند در روش تقریبی گالرکین برای حل معادلات و تعیین هرچه دقیق‌تر ولتاژ و زمان ناپایداری دینامیکی نانوسوییچ استفاده گردد. در تحلیل ارتعاشی با معرفی مدل جدید نانوحسگرکربنی در حضور نانو ذره محرک کارایی آن امتحان می‌شود. همچنین ناپایداری کششی غیرمحلی و غیرخطی نانوسوییچ نیترید-بور با تئوری پیزو الاستسیته غیرمحلی بررسی می‌گردد. در نهایت نتایج بدست آمده از تحلیل نمودارهای استاتیکی و دینامیکی و ارتعاشی نشان ‌می‌دهد اثر غیرموضعی رفتار نانوسوییچ الکترومکانیکی را به ویژه در حوزه کمیت‌های ناپایداری تحت تأثیر قرار می‌دهد.

کلمات کلیدی : سیستم‌های نانو الکترومکانیک، ولتاژ ناپایداری کششی، نانولوله کربنی، نانوسوییچ نیترید-بور، تئوری غیرمحلی الاستیسیته، دینامیک غیرخطی، تحریک الکترواستاتیک
فهرست مطالب

۱-فصل اول : مقدمه ۱
۱-۱-سیستم‌های میکرو و نانو الکترومکانیکی ۱
۱-۱-۱- سوییچ‌های الکترواستاتیک ۵
۱-۱-۱-۱-مزایا و معایب میکرو و نانوسوییچ‌ها ۶
۱-۱-۲-سیستم‌های میکرو و نانو الکترومکانیکی در شناسایی ذره‌ خارجی ۹
۱-۱-۳- تئوری‌های کلاسیک و غیر موضعی ۱۰
۱-۱-۴-فصل‌بندی پژوهش ۱۱
۱-۲-مفاهیم پایه و اصلی ۱۳