21634

21634

طراحي و تحليل يك شناگر آكوستيكي

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي - ارتعاشات و كنترل

1398/4/11

دكتر مجيد رجبي

مكانيك

در اين پژوهش يك شناگر تطبيق‌پذير و كاربردي و خودمختار كه نيرومحركه آن ناشي از انتشار امواج آكوستيكي است پيشنهادشده است كه از دو كره كه مي‌توانند ميدان آكوستيكي از خود انتشار دهند و در مود اول خود (حالت تنفسي) ارتعاش مي‌كنند و توسط يك ميله صلب به هم متصل هستند، تشكيل‌شده است. نيروي القاشده به مجموعه ميكرو شناگر پيشنهادي با در نظر گرفتن اثرات غيرخطي ميدان آكوستيكي، به‌صورت تحليلي موردتوجه قرار گرفت و نيروي وارده به مجموعه در حالت‌هايي، به‌صورت غيرقابل‌انتظار، مقادير غير صفر را در محاسبات نشان داد. در اين پژوهش، دو حالت متمايز از ميكرو شناگر پيشنهادي موردتوجه قرار گرفت: در نوع اول (نوع متقارن) هر دو كره همانند هم در حالت تابنده قرار مي‌گيرند و در حالت دوم (حالت همانند بادبان) تنها يك كره (كره احتمالاً كوچك‌تر) ارتعاش مي‌كند و كره دوم نقش حمل‌كننده صرف را ايفا مي‌كند و ارتعاشي از خود نشان نمي‌دهد. در هر دو نوع مذكور شناگر، كنترل‌پذيري كامل (توانايي ايجاد سرعت‌هاي مثبت و هم سرعت‌هاي منفي در راستاي ميله صلب) حاصل شد و اثرات اندازه كره‌ها، فركانس عملكردي، فاصله بين دو جز كروي شناگر و ساير جنبه‌هاي طراحي موردبحث و مطالعه قرار گرفت. تخميني از سرعت شناگر پيشنهادي با در نظر گرفتن هيدروديناميك رژيم اعداد رينولدز پايين و تئوري انعكاس كه امكان در نظر گرفتن اثرات هر دو كره را بر سرعت فراهم مي‌آورد، حاصل شد و حالت‌هاي بهينه متغيرهاي طراحي در هر دو حالت شناگر موردبحث قرار گرفت. درنهايت، چالش اثر نويزهاي نيرويي ناشي از حركت اتفاقي مولكول‌هاي سيال ميزبان در نظر گرفته شد و نشان داده شد كه با طراحي مناسب، اين شناگر مي‌تواند بر اين چالش فائق آيد. اين روش نوين براي ايجاد حركت توسط امواج آكوستيكي، مي‌تواند افق‌هاي جديدي را براي مجموعه‌هاي خودمختار و كنترل‌پذير ايجاد كند كه مي‌توانند نقش كليدي‌اي را در حمل‌كننده‌ها و ماشين‌ها و روبات‌هاي كوچك ايفا كنند.

1398/11/05

Design and Analysis of an Acoustical Swimmer

7/2/2019 12:00:00 AM

We propose a simple, practical and versatile acoustic driven swimmer, composed of two spherical bodies which may radiate the sound field, monochromatically, at monopole state (breathing mode of vibration) and are linked by a rigid rod. Considering the nonlinear acoustic effects, the net acoustic radiation force exerted on the device is analytically derived and the surprising non-zero states are approved. Two different configurations are considered: In the first, both spheres radiate and the second, one of the spheres is off which may serve as a classic container. In both cases, the full manipulability conditions of swimmers are obtained and the effects of size factors, frequency of operation etc., are discussed. Considering hydrodynamics effects assuming low Reynolds number swimming condition, the frequency-dependant swimming velocity is obtained via the so-called reflection method and the optimal radiating states are discussed. Finally, the challenge of random walk due to host medium fluctuations is discussed and it is shown that the proper design may overcome the ubiquity of Brownian motion. The novel methodology will open a new path toward the self-propulsive controllable devices which may play the role of carriers, machines or mechanisms at small-scales.