بررسی ناپایداری و رفتار ارتعاشی میکروتیرژیروسکوپی با در نظر گرفتن گستردگی جرم گواه

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، گروه دانشکده مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی گلپایگان

2 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد، گروه دانشکده مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی گلپایگان

چکیده

در پژوهش حاضر رفتار ارتعاشی میکروتیر ژیروسکوپی با ساختار تیر بررسی می گردد. میکروژیروسکوپ دارای یک تیر یکسرگیردار و یک جرم گواه گسترده ای است که توسط میدان الکتریکی تحریک می گردد. بر مبنای گستردگی جرم گواه یک مدل و فرمولاسیون توسعه یافته برای بررسی ناپایداری و رفتار ارتعاشی میکروژیروسکوپ ارائه می گردد. با در نظر گرفتن جرم گواه به صورت گسترده، توزیع نیروهای الکترو استاتیک از حالت متمرکز به گسترده تغییر یافته و گشتاورهای ناشی از آن نیز در رفتار ژیروسکوپ تاثیر گذار خواهد بود. معادلات حاصل با کمک روش گالرکین کاهش مرتبه یافته و از طریق روش های تحلیلی و عددی حل می گردند. پارامتر بی بعد مهمی تحت عنوان پارامتر بی بعد طول، در این پژوهش معرفی می گردد. این پارامتر عبارت از طول جرم گواه گسترده نسبت به طول میکرو تیر است. اثر این پارامتر در رفتار استاتیکی، دینامیکی، ارتعاشی و فرکانس های طبیعی سیستم بررسی می شود. در طول محاسبات و نتیجه گیری مشخص خواهد شد که با افزایش این پارامتر بی-بعد، اختلاف در نتایج حاصل از فرض متمرکز به گسترده بیشتر خواهد شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Acar C, Shkel A (2008) MEMS vibratory gyroscopes: structural approaches to improve robustness. Springer, US.

[2] Armenise MN (2011) Advances in Gyroscope Technologies. Springer, Berlin Heidelberg.

[3] Mohite S, Patil N, Pratap R (2006) Design, modelling and simulation of vibratory micromachined gyroscopes. J Phys Conf Ser 34: 757-763.

[4] Hong YS, Lee JH, Kim SH (2000) A laterally driven symmetric micro-resonator for gyroscopic applications. J Micromech Microengineering 10: 452.

[5] Mojahedi M, Ahmadian M, Firoozbakhsh K (2014) The influence of the intermolecular surface forces on the static deflection and pull-in instability of the micro/nano cantilever gyroscopes. Compos Part B:Eng 56: 336-343.

[6] Mojahedi M, Ahmadian MT, Firoozbakhsh K (2013) Oscillatory behavior of an electrostatically actuated microcantilever gyroscope Int J Struct Stab Dy 13: 24.

[7] Mojahedi M, Ahmadian MT, Firoozbakhsh K (2013) Dynamic pull-in instability and vibration analysis of a nonlinear microcantilever gyroscope under step voltage considering squeeze film damping. Int J Appl Mech 5: 1350032 (26 page).

[8] Ghommem M, Nayfeh AH, Choura S, Najar F, Abdel-Rahman EM (2010) Modeling and performance study of a beam microgyroscope. J Sound Vib 329: 4970-4979.

[9] Ansari M (2008) Modeling and vibration analysis of a rocking–mass gyroscope system. MASc Thesis. Canada University of Ontario Institute of Technology.

[10] Bhadbhade V, Jalili N, Nima Mahmoodi S (2008) A novel piezoelectrically actuated flexural/torsional vibrating beam gyroscope J Sound Vib 311: 1305-1324.

[11] Jeong C, Seok S, Lee B, Kim H, Chun K (2004) A study on resonant frequency and Q factor tunings for MEMS vibratory gyroscopes. J Micromech Microengineering 14: 1530.

[12] Ghommem M, Abdelkefi A (2017) Performance analysis of differential-frequency microgyroscopes made of nanocrystalline material. Int J Mech Sci 133: 495-503.

[13] Mojahedi M, Ahmadian M, Firoozbakhsh K (2014) The oscillatory behavior, static and dynamic analyses of a micro/nano gyroscope considering geometric nonlinearities and intermolecular forces. Acta Mechanica Sinica.

[14] Sharifinsab E, Mojahedi M (2018) Nonlinear Vibration of Size Dependent Microresonators with an Electrostatically Actuated Proof Mass. Int J Struct Stab Dy 1850057.

[15] Bina R, Mojahedi M (2017) Static Deflection, Pull-in Instability and Oscillatory Behavior of the Electrostatically Actuated Microresonator with a Distributed Proof Mass Considering Non-Classical Theory. Int J Appl Mech 1750023.

[16] Nayfeh AH, Pai PF (2004) Linear and nonlinear structural mechanics. Wiley-VCH, Strauss GmbH Morlenbach, Germany.

[17] Batra R, Porfiri M, Spinello D (2008) Vibrations and pull-in instabilities of microelectromechanical von Kármán elliptic plates incorporating the Casimir force. J Sound Vib 315: 939-960.

[18] Batra RC, Pofiri M, Spinello D (2007) Capacitance estimate for electrostatically actuated narrow microbeams. Micro Nano 1: 71-73.

[19] Thomson W, Dahleh M (1998) Theory of vibration with applications. Prentice Hall, New Jersey.

[20] Fazel R, Jalili MM, Abootorabi MM (2017) Determination of Stability Regions of Wheel and Workpiece in Plunge Grinding Process Using a 3-D Workpiece Model. Journal of Solid and Fluid Mechanics 7: 67-82.

[21] Ghazi R, Payghaneh G, Shahgholi M (2017) Resonance analysis and free nonlinear vibrations of a nanocomposite with internal damping. Modares Mechanical Engineering 17: 98-104.

[22] Pirmoradian M, Karimpour H (2017) Nonlinear Effects on Parametric Resonance of a Beam Subjected to Periodic Mass Transition. Modares Mechanical Engineering 17: 284-292.

[23] Nayfeh AH, Mook DT (2008) Nonlinear oscillations. Wiley-VCH, US.