19879

۱۹۸۷۹

بررسي ارتعاشات نانو تير در محيط ويسكوز با روش هاي تئوري الاستيسيته غير محلي و اثرات سطحي

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي - ديناميك ارتعاشات كنترل

۹۴-۹۷

۱۳۹۷/۰۸/۲۳

دكتر شاهرخ حسيني هاشمي

مكانيك

چكيده: در اين مطالعه تأثير پارامترهاي مختلف سطحي بر روي رفتار ارتعاش آزاد نانو تيرهاي غوطه¬ور در سيال ويسكوز با استفاده از نظريه الاستيسيته غيرمحلي موردبررسي قرارگرفته است. مدل گورتين مرداخ براي درنظر گرفتن پارامترهاي سطحي شامل چگالي سطحي، تنش سطحي و الاستيسيته سطحي استفاده‌شده است، همچنين تئوري الاستيسيته غيرموضعي ارينگن براي به‌حساب آوردن اثرات مقياس كوچك به‌كاربرده شده است. علاوه بر اين فرض مي¬شود كه نانو تير در محيط استون، آب، كربن تتراكلريد و بوتانول غوطه¬ور است. معادلات تعادل براي مواد مختلفي از قبيل آلومينيوم و سيليكون با شرايط مرزي مختلفي از قبيل دوسر تكيه‌گاه ساده و يكسر گيردار ارائه‌شده‌اند، سپس روش گلركين براي كاهش مرتبه معادلات استفاده‌شده است. نهايتاً به‌وسيله روش تحليلي فركانس‌هاي طبيعي در قالب فرم بسته ارائه‌شده‌اند و نتايج حاصل از اين فرم پاسخ با نتايج اندازه‌گيري شده آزمايشگاهي مقايسه و اعتبارسنجي شدند. منظور از اين مطالعه بررسي دقيق تأثير تركيب پارامترهاي مختلف اثرات سطحي، پارامتر غيرموضعي و اثر محيط سيال بر رفتار ارتعاشات آزاد غيرمحلي نانو تير در ابعاد و شرايط مرزي مختلف است كه براي اولين بار صورت گرفته است. به‌طور مخصوص نشان داده‌شده است كه مشخصه‌هاي ارتعاشي نانو تير به‌طور چشمگيري تحت تأثير اثرات سطحي و محيط سيال قرار مي¬گيرند. علاوه براين نشان داده‌شده است كه با افزايش طول تير، تأثير پارامتر سطحي به صفر رسيده و نتايج به تئوري كلاسيك نزديك مي¬شوند. همچنين به‌طور كامل مشخص شد كه با محيط سيال با افزايش ميرايي باعث كاهش فركانس نوسانات مي¬شود. نتايج اين مطالعه براي طراحي سيستم‌هاي ميكرو الكترومكانيكي استفاده‌شده در محيط سيال بسيار مفيد هستند.

1397/10/04

Free vibration analysis of nanobeams immersed in fluid, with consideration of surface effects

12/25/2018 12:00:00 AM

Abstract: In this study the effects of various surface parameters on free vibration behavior of nanobeams immersed in viscous fluid are investigated using nonlocal elasticity theory. The Gurtin– Murdoch model is employed for incorporating the surface parameters including surface density, surface tension and surface elasticity, while the Eringen’s nonlocal elasticity theory takes into account the effect of small scales.Furthermore it’s assumed that nanobeams immersed in acetone, water, carbon tetrachloride and butanol mediums. The governing equations of motion are obtained for different materials such as aluminum and silicon with various boundary conditions, i.e. Simply-Simply and Clamped-Free. Then The Galerkin method is utilized to reduse order of the governing equations. Then, by analytical methods, the natural frequencies are obtained in closed-form expression and the results of the derived expression are compared and validate with the experimental measurements. The objective of the present study is to explore comprehensively the effect of different combination of various surface Effects, nonlocal parameters and viscous fluid media on nonlocal vibrational behavior of nanobeams in various boundary conditions for the first time. It is explicitly shown that the vibration characteristics of a nanobeam are significantly influenced by these surface effects and viscous fluid media. Moreover, it is shown that by increasing the size of beam, the influence of surface effects reduce to zero, and the natural frequency reaches its classical value.Also it is illustrated that the fluid medium has damping effects and decrease frequency. The results are useful for the design of NEMS immersed in liquid.