MEMS Tabanlı Bir Mikroakışkan Kanaldaki Mikro Kirişin Sonlu Elemanlar Analizi
Öz
Bir mikro kirişin fiziksel özelliklerinin, kirişin içerisine daldırıldığı sıvıya ve mikro kanallara büyük ölçüde bağlı olduğu iyi bilinmektedir. Bu çalışmada, MEMS (Mikro Elektro-Mekanik Sistemler) tabanlı mikroakışkan kanal içerisindeki mikro kirişin sonlu elemanlar analizleri ayrıntılı bir şekilde yapılması amaçlanmıştır. Bu analizler von Mises gerilimi, basınç miktarları, hareket sırasında oluşan hızlar ve yer değiştirmeleri kapsamaktadır. Kiriş için Euler-Bernoulli denklemi kullanılarak akışkan içinde sabit bir mikro kiriş modellenerek analizi yapılmıştır. Kararsız Stokes denklemleri, mikro kiriş kesitlerini içeren iki boyutlu bir düzlemde bir Helmholtz ayrıştırma tekniği kullanılarak çözülmektedir. Comsol Multiphysics yazılım sonuçlarını kullanan sonlu elemanlar yöntemi, doğrulama için mevcut yöntemle karşılaştırılmış ve aralarında kabul edilebilir bir eşleşme elde edilmiştir. Basınç, hız ve yer değiştirme analizleri tüm sınır koşulları sağlanarak oluşturulmuştur. Mevcut formülasyonun, sorunu iyi bir doğrulukla çözmek için uygun ve yeni bir yaklaşım olduğu gösterilmiştir. Sonuç olarak çalışmada, yoğunluk, viskozite ve mikroakışkan sensörlerinin tasarımında ve yorumlanmasında kullanılabilecek teorik bir model sağlanmıştır.
Anahtar Kelimeler
Mikroakışkan , Comsol , Mikro Kiriş , MEMS
References
- [1] Butz, B., Dolle, C., Halbig, C. E., Spiecker, E., Eigler, S., “Highly Intact and Pure Oxo Functionalized Graphene: Synthesis and Electron Beam Induced Reduction”, Angewandte Chemie International Edition, vol. 55, no. 51, 15771-15774, 2016.
- [2] Ülkir, O., Ertugrul, İ., “Mikro Kiriş Uzunluğu Değişiminin Deformasyona Etkisinin Araştırılması”, Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, vol. 18, 136-141, 2020.
- [3] Vahdat, A. S., Rezazadeh, G. “Effects of axial and residual stresses on thermoelastic damping in capacitive micro-beam resonators”, Journal of the Franklin Institute, vol. 348, no. 4, 622-639, 2011.
- [4] Turek, S., Hron, J., “Proposal for numerical benchmarking of fluid-structure interaction between an elastic object and laminar incompressible flow”, In Fluid-structure interaction. Springer, Berlin, Heidelberg, 371-385, 2006.
- [5] Esmailza.deh, M., Lakis, A.A., Thomas, M., Marcouiller,. L., “Three-dimensional modeling of curved structures containing and/or submerged in Fluid”, Finite Elem. Anal. Des. Vol. 44, 334–345, 2008.
- [6] Liang, C.C., Liao, C.C., Tai, Y.S., Lai, W.H., “The free vibration analysis of submerged cantilever plates”, Ocean Eng. Vol. 28, no. 9, 1225–1245, 2001.
- [7] Lindholm, U.S., Kana, D.D., Chu, W.H., Abramson, H.N., “Elastic vibration characteristics of cantilever plates in water”, J. Ship Res. Vol. 9, 11–12, 1965.
- [8] Ergin, A., Ugurlu, B.: Linear vibration analysis of cantilever plates partially submerged in fluid. J. Fluids Struct. 17(7), 927–939 (2003)
- [9] Gorman, D.G., Trendafilova, I., Mulholland, A.J., Horacek, J., “Analytical modeling and extraction of the modal behavior of a cantilever beam in fluid interaction”, J. Sound Vib. Vol. 308, 231–245, 2007.
- [10] Ertugrul, I., Ulkir, O., “Dielectrophoretic separation of platelet cells in a microfluidic channel and optimization with fuzzy logic”, RSC Advances, vol. 10, no. 56, 33731-33738, 2020.
