Modeling and numerical analysis for MEMS graphene resonator

Frontiers in Physics, 2025

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.3389/fphy.2025.1551969
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

This paper delves into the static and dynamic behavior of graphene cantilever beam resonators under electrostatic actuation at their free tips. A rigorous analysis of the system’s response is performed. The constitutive nonlinear equation of the system is derived using the energy method and Hamilton’s principle. An analytical solution to the nonlinear static problem is obtained. The generalized stiffness coefficient for the lumped model of the cantilever graphene beam under load at its tip is calculated, enabling a comprehensive analysis of its dynamic behavior. A key focus is on investigating the dynamic pull-in conditions of the system under both constant and harmonic excitation. Analytical predictions are validated through numerical simulations. The system exhibits periodic solutions when the excitation parameters are below a certain threshold described by a separatrix curve, leading to sustained oscillations. On the other hand, if the excitation parameters exceed this threshold, the system experiences pull-in instability, causing the beam to touch down. Furthermore, we explore the impact of excitation frequency on the dynamic response of the graphene cantilever beam under harmonic load. The simulations reveal that choosing the excitation frequency near the beam’s resonance frequency can lead to structural collapse under certain parameter conditions.