بررسی رفتار ارتعاشی غیر خطی میکرو تیرک های پیزوالکتریک در برهمکنش با نانو ذرات کروی

Abstract

امروزه میکرو تیرکهای پیزوالکتریک بواسطه داشتن ساختاری انعطاف پذیر، حساسیت بالا به نیروهای مولکولی و اتمی و همچنین پاسخ دهی بسیار سریع بطور گسترده ای در میکروسکوپ های نیروی اتمی، اصطکاکی، اسکن حرارتی و همچنین اندازه گیری بیوجرمی مورد توجه قرارگرفته اند. با توجه به جابجای های کوچک این نوع میکرو تیرکها، آنالیز ارتعاشی کامل و مطالعه چگونگی رفتار آنها می تواند، نقشی کلیدی در دقت اندازه گیری های آنها و همچنین طراحی بهینه شان داشته باشد. بنابراین در این مقاله ابتدا معادله دیفرانسیل حاکم بر حرکت میکرو تیرک پیزوالکتریک با در نظر ناپیوستگی های هندسی، به کمک روش حل عددی Runge-Kutta مبتنی بر مدل تیر ناپیوسته و همچنین روش المان محدود حل می شود. سپس به منظور تعیین چگونگی تاثیر هر یک از پارامترهای هندسی میکرو تیرک بر پارامترهای اصلی حرکت ارتعاشی، آنالیز حساسیت انجام می شود. آنالیز حساسیت به کمک روش Sobol که مبتنی بر واریانس داده های خروجی است، صورت می پذیرد. نتایج نشان می دهد که مدل تیر ناپیوسته و همچنین روش المان محدود از دقت قابل قبولی در محاسبه فرکانس طبیعی و دامنه تشدید این نوع میکرو تیرک برخوردار است. نتایج آنالیز حسایت نیز مشخص می کنند که مد اول حرکت ارتعاشی میکرو تیرک مناسب ترین مد جهت توپوگرافی سطح و نانو ذره می باشد.