Nonlinear Structural Behavior of Electrically Actuated MEMS Actuator. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Nonlinear_Structural_Behavior_of_Electrically_Actuated_MEMS_Actuator.pdf Download (2MB) | Preview

Arabic Abstract

في هذه الرسالة, سيتم دراسة السلوك في حالة السكون و أيضا في حالة الحركة لنوع من أنظمة المايكرو (وهو استخدام عامودين) التي تستخدم الكهرباء وتعتمد على حركة ميكانيكية أو مايسمى (بالميمس). تم استخدام طريقتين عددية للتحليل, وهي كالتالي: نموذج الدرجة المخفضة وتحليل الاضطراب. تم اشتقاق نموذج الدرجة المخفضة باستخدام طريقة جالركين بافتراض وضعية الأشكال للنظام الخطي الغير واهن للعامود المستقيم كدوال أساسية عند الاشتقاق. بينما تم صنع طريقة تحليل الاضطراب باستخدام طريقة النطاقات المتعددة بتفعيلها مباشرة على معادلات الحركة. في البداية تم إعادة إيجاد النتائج للعامود الواحد في حالتيه الساكنة والمتحركة. بعد ذلك تم إجراء التحليل العددي للعامودين باستخدام المعادلات الناتجة من نموذج الدرجة المخفضة. أظهرت النتائج أن استخدام عامودين يؤدي إلى احتياج أقل من الجهد الكهربائي للتوليد وأيضا إلى وقت أقل في التبديل مقارنة مع استخدام عامود واحد. بعد ذلك, تم دراسة تأثير اختيار عمق فراغ الهواء على النظام. ومن ثم تم فحص مسألة القيمة الذاتية وذلك لإيجاد الترددات الأساسية الطبيعية ودراسة تأثير تغييراتها مع الجهد الكهربائي. تم إجراء أيضا دراسة على التحليل المتحرك باستخدام الطريقتين العدديتين السابقة, وأظهرت النتائج تطابق جيد بين الطريقتين. أخيرا, تم إجراء دراسة لعدة عوامل متغيرة في المعادلة باستخدام تحليل الاضطراب وأظهرت النتائج عدة خصائص مثيرة للاهتمام, والتي نأمل أن تستخدم لاحقا لبعض تطبيقات أجهزة الميمس.

English Abstract

In this thesis, the static and dynamic behaviors of micro-electromechanical system (MEMS) double clamped-clamped microbeams are investigated. Two numerical methods were used in this investigation, which are the reduced-order modeling (ROM) and the perturbation method. The ROM was derived based on the Galerkin expansion method and assuming linear undamped mode shapes of straight beam as the basis functions. The perturbation method was generated using the method of multiple scales by direct attack of the equations of motion. The problem was first carried out by reproducing the results of the single microbeam (both static and dynamic). The static analysis for the double-microbeams was performed next using the ROM resulting equations. The results showed that the double-microbeams configuration requires a lower actuation voltage and a lower switching time as compared to the single one. Then, the effects of selection the air gap depths were investigated. The eigenvalue problem was investigated to obtain the fundamental natural frequencies and to study their variation with the applied DC load. Dynamic analyses, assuming the above two numerical methods, were performed and a comparison of the results showed good agreement. Finally, a parametric study was performed using the perturbation on different parameters and the results revealed different interesting features, which hopefully can be useful for some MEMS-based applications.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Electrical Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Ouakad, Hassen
Committee Members:	Al-Qahtani, Hussain and Hawwa, Mohammad
Depositing User:	ABDULRAHMA ALOFI (g200763430)
Date Deposited:	28 Dec 2015 05:14
Last Modified:	01 Nov 2019 16:31
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139787