بررسی تغییر شکل استاتیکی و ولتاژ ناپایداری میکرو‌سوئیچ‌‌های تغییردهنده‌ فاز با استفاده از مدل غیرخطی میکروتیر و تئوری الاستیسیته غیرموضعی

Abstract

با توسعه روز افزون تغییر دهنده‌های فاز میکرو الکترومکانیکی، بررسی تغییر شکل و ناپایداری میکروسوئیچ‌ها حائز اهمیت فراوانی می‌باشد. بر این اساس در مقاله حاضر، رفتار استاتیکی و ناپایداری پولین میکروتیر دوسرگیردار تحت تأثیر میدان الکترواستاتیکی موضعی که در طراحی و ساخت تغییر دهنده‌های فاز میکروالکترومکانیکی توزیع شده کاربرد دارد، بررسی می‌شود. با در نظر گرفتن اثرات غیرخطی ناشی از شعاع انحناء برای اولین بار، معادله دیفرانسیل غیرخطی حاکم بر سیستم با استفاده از تئوری تیر اویلر- برنولی و اثرات اندازه‌های کوچک با بکارگیری اصل کار مجازی استخراج شده است. با استفاده از روش گالرکین و با فرض ولتاژ استاتیکی اعمال شده به ناحیه مشخصی از میکروتیر، اثر پارامترهای مختلف بر روی تغییر شکل استاتیکی و ولتاژ پولین مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که در نظر گرفتن اثرات غیرخطی ناشی از شعاع انحناء تأثیر قابل ملاحظه‌ای بر رفتار مکانیکی سیستم دارد و با افزایش این پارامتر رفتار سخت‌شوندگی میکروسوئیچ افزایش یافته و در نتیجه آن خیز استاتیکی میکروسوئیچ نسبت به تئوری خطی کمتر می‌شود. همچنین، با افزایش ولتاژ اعمالی به میکروسوئیچ، کرنش‌های غیرخطی ایجاد شده افزایش یافته و اثرات غیرخطی ناشی شعاع انحناء قابل ملاحظه خواهد بود. به عنوان مثال با افزایش پارامتر بی‌بعد سفتی خمشی از مقدار 0 به 10، حداکثر خیز میکروسوئیچ به ازای ولتاژهای 2V, 1V و 3V به ترتیب در حدود 7.7%، 35.8% و 48.6% کاهش می‌یابد.