جلسه دفاع پایان نامه رساله دکتری (آقای مهدی مولویان جزی)

فارسی

موضوع: تحلیل دینامیک غیرخطی میکروتیر میکروسکوپ نیروی اتمی با در نظر گرفتن اثرات اندازه
ارائه دهنده: مهدی مولویان جزی
استادان راهنما: دکتر مصطفی غیور، دکتر سعید ضیائی راد
استاد مشاور: دکتر احسان معانی میاندوآب
استادان داور: دکتر منصور رفیعیان، دکتر رضا تیکنی، دکتر حسن موسوی      
چکیده
اساس کار میکروسکوپ نیروی اتمی در مودهای غیرتماسی وضرب ه­ای، استفاده از پاسخ دینامیکی تیر مرتعش، برای تعیین توپوگرافی سطح در مقیاس نانو است. بنابراین پیش­بینی صحیح رفتار دینامیکی سیستم برای طراحی مناسب و عمل­کرد دقیق آن ضروری است. از طرفی بنابر نتایج مطالعات تجربی، با کاهش ابعاد یک سازه در مقیاس میکرو و نانو برخلاف پیش­بینی تئوری­های کلاسیک، سختی بی ­بعد آن تغییر می­ کند. این تغییر پدیده­ای بسیار مهم در سازه­ های با ابعاد کوچک بوده و منجر به ارائه روش­ های مدل­سازی غیر­کلاسیک وابسته به اندازه شده ­است. با این حال تحقیقاتی که اثر اندازه را در تحلیل دینامیکی میکروسکوپ نیروی اتمی لحاظ کرده باشند، انگشت شمار هستند. مضاف بر این تاثیر سیال نیز بر ارتعاشات سیستم آن­ طور که باید مطالعه نشده است. از این رو، این رساله کوششی برای تحلیل جامع دینامیک غیرخطی میکروسکوپ نیروی اتمی با در نظر گرفتن اثر اندازه است. به این منظور، با استفاده از تئوری الاستیسیته گرادیان کرنشی و تئوری تنش کوپل بهبود داده ­شده تاثیر اندازه بر رفتار دینامیکی میکروسکوپ بررسی شده و نتایج با پیش­ بینی­ های تئوری کلاسیک مقایسه شده است. معادلات غیرخطی حاکم بر حرکت میکروتیر اویلر برنولی میکروسکوپ، بر اساس تئوری­ های غیر کلاسیک مذکور و با استفاده از اصل همیلتون استخراج شده و با به­ کارگیری روش گالرکین مدل گسسته سیستم به ­دست آمده ­است. با بررسی دامنه و فرکانس ارتعاشات آزاد میکروتیر، ضرورت در نظر گرفتن اثر اندازه برای تخمین صحیح ­تری از فرکانس و دامنه کاری در مود غیر تماسی نشان داده شده است. همچنین، تاثیر نیروهای هیدرودینامیکی و میرایی ناشی از لایه فشرده سیال بر نوسانات آزاد میکروسکوپ نیروی اتمی مطالعه شده ­است. علاوه بر صحت سنجی مدل ارائه شده با استفاده از نتایج تجربی، دقت روش حل معادلات از تقریب مود اول گالرکین نیز در قیاس با نتایج دو مود اول و همچنین روش عددی معادلات آنالوگ، تایید شده ­است. در ادامه، پایداری سیستم بررسی شده و رفتار سیستم در نزدیکی نقاط تعادل آن بر حسب مقادیر مختلف میرایی به صورت تحلیلی پیش­بینی شده است. همچنین نمودار دوشاخگی نقاط تعادل و نواحی ناپایدار آن بر اساس تئوری ­های غیرکلاسیک استخراج شده و مقایسه آن با نتایج تئوری کلاسیک تفاوت ناحیه پایدار پیش­ بینیی شده را نشان داده­ است. در این پژوهش به صورت تحلیلی و با استفاده از رویکرد اغتشاشات و روش مقیاس ­های چندگانه مرتبه دو به بررسی تاثیر اندازه و همچنین تاثیر نیروهای هیدرودینامیکی ناشی از سیال بر پاسخ فرکانسی و حساسیت میکروسکوپ نیروی اتمی پرداخته شده ­است. نتایج نشان داده است که حساسیت میکروسکوپ با افزایش فرکانس تشدید زیاد می­ شود و با افزایش چگالی و ویسکوزیته سیال کاهش می ­یابد. در فاز نهایی رساله، با استفاده از روش ­های عددی و تحلیلی به مطالعه آشوبناکی ارتعاشات میکروسکوپ پرداخته شده و با بررسی تاثیر پارامترهایی نظیر فاصله اولیه میکروتیر تا سطح نمونه، دامنه تحریک و میرایی، بر آشوبناکی سیستم، تفاوت زیاد نواحی آشوبناک پیش ­بینی شده، با و بدون در نظر گرفتن اثر اندازه آشکار شده­ است و در نهایت از آن­جایی که آشوبناکی سیستم خطای فاحشی در تخمین توپوگرافی سطح ایجاد می­ کند، با استفاده از معیار بیشینه نمای لیاپانوف محدوده کاری میکروسکوپ با نوسانات منظم بر حسب فاصله اولیه و دامنه تحریک برای میرایی ­های مختلف سیستم پیش­ بینی شده است.  با توجه به تمایل روزافزون طراحان میکروسکوپ­ های نیروی اتمی به کوچک­تر نمودن ابعاد آن، یافته­ های این رساله می ­تواند در پیش ­بینی صحیح رفتار دینامیکی و انتخاب دقیق­ تر پارامترهای طراحی و بهره­ برداری، کارگشا باشد.
 
کلمات کليدی: میکروسکوپ نیروی اتمی، اثر اندازه، تحلیل پایداری، دینامیک غیرخطی، آشوب، نیروی هیدرودینامیکی.

مکان: 

اتاق شورای دانشکده مهندسی مکانیک

تاریخ: 

چهارشنبه, اسفند 22, 1397 - 11:00

نوع رویداد: 

سمینار علمی

عکس: 

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی