21665

21665

مدل سازي ديناميكي و كنترل رفتار حركتي ميكرو ذرات در حين نانومنيپوليشن دوبعدي بر روي سطوح زبر

دكتري

ساخت و توليد

1398

1398/07/09

دكتر محرم حبيب نژاد كورايم

مكانيك

در اين تحقيق ابتدا مكانيك تماس، زبري و برخورد ذرات بيضوي و مكعبي شكل بررسي مي‌گردد. نتايج جهت تماس سوزن با ميكروذره و تماس ميكروذره با سطح مبنا بررسي مي‌شود. نتايج نشان مي‌دهد كه ميزان عمق نفوذ ايجاد شده در حالت تماس سوزن با ميكروذرات بيشتر از تماس ميكروذره با سطح مبنا است. نتايج شبيه‌سازي برخورد نشان مي‌دهد كه بر اساس برخورد نوك سوزن ميكروسكوپ نيروي اتمي با ميكروذره بيضوي به دليل سرعت متوسط موجود در حين برخورد در بيشترين حالت يعني تئوري جماري به ميزان 0.15 نانومتر عمق نفوذ و 45 نانونيوتن نيرو ايجاد مي‌شود. نتايج زبري بيان مي‌كند كه با افزايش فاصله جدايش، مقدار نيرو و سطح مقطع نيز كاهش پيدا خواهد كرد. نتايج منيپوليشن مدل‌هاي مختلف زبري جهت ميكروذرات بيضوي نشان مي‌دهد، زمان بحراني چرخش مدل رامپ 0.097 و زمان بحراني چرخش مدل رابينوويچ 0.096 ثانيه است در حاليكه اين مقادير جهت حالت لغزشي به ترتيب 0.2005 و 0.21 ثانيه مي‌باشد. در حالت كلي، دو مدل پروكوپوويچ و كاتاينن كه تعداد برجستگي‌هاي سطحي را بيشتر از يك در نظر مي‌گيرند، كمترين نيرو و زمان بحراني را ايجاد مي‌كنند. نتايج برخورد نشان مي‌دهد كه بر اثر برخورد اوليه، موقعيت مكاني ميكروذره افزايش پيدا خواهد كرد. در نهايت نتايج ارائه شده با نتايج حاصل از نرم افزار ادمز صحت سنجي مي‌شود. پس از حصول مسيرهاي گوناگون مسير بهينه جهت حركت ميكروذرات با استفاده از روش الگوريتم ژنتيك محاسبه مي‌گردد. دو نوع مانع ثابت و مانع متحرك در مسير حركت واقع است. نتايج بررسي مسيريابي بر روي يك مسير واقعي مي‌دهد طول مسير بهينه در اين مسير 3.4185 ميكرومتر است. صحت سنجي نتايج مسيريابي بيان دارد كه ميزان خطا در طول برابر با 8.16 درصد و ميزان خطا در هزينه برابر با 5.47 درصد است. در نهايت جهت پيگيري مسير حركت ميكروذرات با استفاده از روش كنترل تطبيقي، فازي لغزشي به كنترل مجموعه ميكروسكوپ نيروي اتمي در حضور اغتشاشات پرداخته مي‌شود. سيستم كنترل تطبيقي فازي لغزشي، طراحي شده براي كنترل فاصله سوزن از سطح مبنا، بعد از 0.8 ثانيه اين فاصله را به مقدار مطلوب مي‌رساند. مقايسه نتايج كنترل سطح مبنا با روش ارائه شده با كنترل مودلغزشي و پي آي دي، بيانگر اين موضوع است كه، كنترلر طراحي شده پاسخ مطلوب‌تري نسبت به دو گزينه ديگر دارد. در زمينه كنترل سوزن ميكروسكوپ نيروي اتمي دو متغير تغيير شكل سوزن و موقعيت مكاني آن كنترل مي‌گردد. در نهايت با توجه به اهميت كنترل مسير حركت ميكروذرات در يك مسير مشخص به بررسي اين موضوع در مورد ميكروذرات بيضوي و مكعبي پرداخته مي‌شود.

1398/11/07

Dynamic Modeling and Control of Micro-particle Motion Behavior During 2D Nanomanipulation on Rough Surfaces

9/30/2020 12:00:00 AM

In this study, contact, roughness and impact mechanics of these particles are first examined. The results for the tip contact with the microparticle and the microparticle contact with the substrate are examined. The results show that the indentation depth that created by the tip contact with the microparticles is higher than the contact between substrate and microparticle. The collision simulation results, based on tip and elliptical microparticle showed that due to the average velocity during the collision in the highest state, ie, the Jamari theory 0.15 nm depth and 45 nN is created. Manipulation results of different models of roughness for elliptic microparticles show that the critical rotational time of Ramp model is 0.097 and the critical rotational time of Rabinovich model is 0.096 seconds, while these values for slip mode are 0.2005 and 0.21 seconds, respectively. In general, the two Prokopovich and Katynen models, which consider the number of surface asperity more than one, provide the least force and critical time. The impact results show that as a result of the initial impact, the location of the microparticles will increase. Finally, the results are compared with the results of the Adams software. After finding different paths, the optimal path for the movement of the microparticles is calculated using the genetic algorithm method. There are two types of fixed and movable obstacles in the direction of movement. Then the routing check is done on a real path. The results show that the optimum path length is 3.4185 μm. The validation of the routing results shows that the error rate in length is 8.16% and the error rate in cost is 5.47%. Finally, in order to control the movement path of the microparticles, the control of the atomic force microscope set in the presence of perturbations is investigated using AFSMC control method. The AFSMC controller designed to control the tip distance from the base surface, after 0.8 seconds, reaches the desired value. Comparison of the results of the substrate control with the proposed method with the sliding mode control and the PID control indicates that the designed controller has a better response than the other two options. In the field of atomic force microscope tip control, two variables of tip deformation and its location are controlled. Finally, considering the importance of controlling the path of movement of microparticles in a given pathway, this issue will be addressed in the case of elliptical and cubic microparticles. For the cubic microparticles a sinusoidal pathway and for the elliptic microparticles a quadratic pathway are selected. The results show that, in both cases and for both microparticle geometries, the desired path goes.

نانو مكانيك