STRUCTURAL STABILITY OF MEMS ARCHES ACTUATED BY ELECTROSTATIC FRINGING FIELDS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF MS_Thesis_Tausiff_pdf.pdf Download (2MB) | Preview

Arabic Abstract

في هذه الرسالة, سيتم دراسة نوع من أنظمة المايكرو التي تستخدم الكهرباء وتعتمد على حركة ميكانيكية أو مايسمى( بالميمس). هذا النوع يستخدم عامود مقوس في حجم المايكرو ومشغل بواسطة حقل كهربائي مجنب, حيث الأقطاب الكهربائية تقع على طرفي العامود. قوة الكهرباء الساكنة تتولد من عدم التطابق الحاصل في الحقول الكهربائية المجنبة والتي تعمل في الاتجاه المعاكس للانحراف النسبي للعامود, مما يؤدي إلى استعادة قوة الكهرباء الساكنة والتي تزيد عند التزويد بالجهد المباشر. تم إيجاد نموذج الدرجة المخفضة لهذا النظام باستخدام طريقة جالركين بافتراض وضعية الأشكال للنظام الخطي الغير واهن للعامود المستقيم كدوال أساسية عند الاشتقاق. وتم عمل كذلك تحليل البيانات لوضعية الثبات لفحص حدوث عدم الاستقرار عند ظاهرة الاعوجاج للأسفل. ومن ثم تم إيجاد القيم الذاتية لإيجاد اهتزاز التردد الرئيسي وكذلك الاهتزاز لترددات ذي درجات أعلى تحت تأثير حمل ثابت. أيضا تم عمل دراسة التشعيب لاشتقاق معيار لرؤية ما إذا كان التشعيب متطابق أو غير متطابق خلال ظاهرة الاعوجاج للأسفل عند الحمل الثابت. النتائج أظهرت اختفاء لما يسمى بظاهرة الالتصاق للداخل لهذه النوعيات من النظم التي تجعل الأقطاب الكهربائية الثابتة تقع على الجنب بدلا من أن تكون بأسفلها مباشرة. لهذا نستطيع القول بأن هذه النوعية من النظم مفيدة عندما يتطلب تصميم أجهزة ميمس مستقرة و خالية من ظاهرة الانجذاب الداخلي.

English Abstract

In this thesis, we investigate a micro-electromechanical system (MEMS) arch microbeam actuated by fringing electric field where the electrodes are located at both side of the microbeam. An electrostatic force caused by asymmetry of the fringing electric fields acts in a direction opposite to the relative deflection of the microbeam, resulting in a restoring electrostatic force which increasing with the applied DC voltage. A reduced-order model (ROM) is derived for the considered system using the so-called Galerkin decomposition and assuming linear undamped mode shapes of a straight beam as base functions in the decomposition process. A static analysis is performed to investigate the occurrence of the snap-through instability. The eigenvalue problem is then investigated to obtain the fundamental as well as higher natural frequencies variation of the microbeam with the applied DC load. A bifurcation analysis is then implemented to derive a criterion for whether symmetric or asymmetric bifurcation is occurring during the static snap-through instability. The results show elimination of the so-called pull-in instability in this kind of systems as the stationary electrodes are located on either sides rather than at the bottom as in case parallel plate actuation. This system can be useful to design pull-in free MEMS bi-stable devices.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Research Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	OUAKAD, HASSEN
Committee Members:	HAWWA, MUHAMMAD and AL-QAHTANI, HUSSAIN
Depositing User:	MOHAMMAD T FIRAQUE (g201106410)
Date Deposited:	17 Jun 2014 11:08
Last Modified:	01 Nov 2019 15:42
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139282