بررسی رفتار ارتعاشی غیرخطی میکروتیرک های پیزوالکتریک در برهم کنش با نانو ذرات کروی

امروزه میکروتیرکهای 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 و اسکن حرارتی مورد توجه قرار گرفته اند. با توجه به جابجایهای کوچک این نوع میکروتیرکها، تحلیل ارتعاشی کامل و مطالعه چگونگی رفتار آنها می تواند، نقشی کلیدی در دقت اندازه - گیری های آنها و همچنین طراحی بهینه شان داشته باشد. در مدغیرتماسی میکروسکوپ نیروی اتمی، نیروی غیرخطی واندروالسی باعث غیرخطی شدن حرکت ارتعاشی میکروتیرک می شود. به منظور حل معادله دیفرانسیل غیرخطی حرکت در این مقاله از روش عددی (رانچ کوتا و المان محدود) و تحلیلی (چند مقیاسی) استفاده می شود. بهره گیری از روش های حل مختلف، امکان مقایسه آنها در حل معادله دیفرانسیل حرکت در شرایط مختلف را مهیا می کند. به منظور مطالعه علمی چگونگی تاثیر ضرایب نیرویی بر پارامترهای اصلی حرکت ارتعاشی تحلیل حساسیت ضروری می باشد. به این منظور به کمک روش Sobol که مبتنی بر واریانس داده های خروجی است، تحلیل حساسیت انجام می پذیرد. نتایج شبیه - سازی 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 میکروتیرکبرخوردار است. با نزدیک شدن میکروتیک به سطح نمونه و شدت گرفتن نیروی غیرخطی برهم کنش نتایج روش چند مقیاسی از نتایج دو روش حل دیگر فاصله می گیرد. این موضوع بیانگر کاهش دقت روش چند مقیاسی با شدت گرفتن غیرخطی شدن سیستم می باشد. نتایج تحلیل حساسیت نیز مشخص می کنند که مداول حرکت ارتعاشی میکرو تیرک مناسب ترین مد جهت توپوگرافی سطح و نانوذره می باشد.

Keywords:

ارتعاش غیر خطی , میکروتیرک پیزوالکتریک , نانو ذره , المان محدود , تحلیل حساسیت