Modeling and numerical analysis for MEMS graphene resonator

Frontiers in Physics, 2025

Полный текст Открытый доступ: Gold Метаданные (CSL-JSON)
DOI 10.3389/fphy.2025.1551969
Достоверность данных 70 средняя
Как считается эта оценка

Складывается из проверяемых признаков самой записи: есть ли у статьи DOI, сколько независимых источников подтвердили её данные, заполнены ли обязательные поля и насколько свежо последнее подтверждение. Снижают оценку расхождения между источниками и отсутствие идентификатора. Значение от 80 означает, что запись опубликована без дополнительной проверки; от 60 до 79 — что она опубликована с пониженной достоверностью и ручная проверка желательна. Запись, выверенную редактором вручную, пересчёт не опускает ниже 90. Это оценка наших данных о статье, а не оценка самой статьи.

Аннотация

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.