بررسی اثر فاکتورهای محیطی بر نیرو و زمان بحرانی نانومنیپولیشن سه‌بعدی با استفاده از روش آنالیز حساسیت آماری سوبل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه اراک، اراک، ایران

چکیده

به‌منظور محاسبه‌ی دقیق نیرو و زمان بحرانی نانومنیپولیشن بایستی اثرگذاری فاکتورهای مختلف ورودی بر پارامترهای خروجی را مورد بررسی قرار داد. یکی از روش‌های دقیق در آنالیز حساسیت روش آنالیز حساسیت آماری سوبل می‌باشد. در این مقاله برای نخستین بار اثر شش فاکتور محیطی شامل مدول الاستیسیته تیرک، ضریب پواسون تیرک، مدول الاستیسیته ذره، ضریب پواسون ذره، انرژی سطحی و کار چسبندگی بر هشت پارامتر خروجی شامل نیروهای بحرانی لغزش در راستای محور x، غلتش حول محور x، لغزش در راستای محور y، غلتش حول محور y؛ و زمان‌های بحرانی لغزش در راستای محور x، غلتش حول محور x، لغزش در راستای محور y، غلتش حول محور y، در نانومنیپولیشن سه‌بعدی با استفاده از روش آنالیز حساسیت آماری سوبل مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نهایی به‌دست آمده در این مقاله بیانگر این است که فاکتور مدول الاستیسیته تیرک اثرگذارترین فاکتور بر نیروهای بحرانی و فاکتور ضریب پواسون تیرک اثرگذارترین فاکتور بر زمان‌های بحرانی در نانومنیپولیشن سه‌بعدی می‌باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]     Saltelli A., Tarantola S. and Chan K. S., A quantitative model-independent method for global sensitivity analysis of model output, Technometrics, Vol. 41, No. 1, pp. 39-56, 1999.
[2]     Homma T. and Saltelli A., Importance measures in global sensitivity analysis of nonlinear models, Reliability Engineering & System Safety, Vol.  52, No. 1, pp. 1-17, 1996.
[3]     Sobol I. M., Global sensitivity indices for nonlinear mathematical models and their Monte Carlo estimates, Mathematics and computers in simulation, Vol. 55, No. 1,  pp. 271-280, 2001.
[4]     Chan K., Saltelli A. and Tarantola S., December. Sensitivity analysis of model output: variance-based methods make the difference, In Proceedings of the 29th conference on Winter simulation, IEEE Computer Society, pp. 261-268, 1997.
[5]     Tafazzoli A., Pawashe C. and Sitti M., Atomic force microscope based two-dimensional assembly of micro/nanoparticles, In (ISATP 2005). The 6th IEEE International Symposium on Assembly and Task Planning: From Nano to Macro Assembly and Manufacturing, pp. 230-235, 2005.
[6]     Sitti M.,Teleoperated and automatic nanomanipulation systems using atomic force microscope probes, In ASME 2003 International Mechanical Engineering Congress and Exposition, pp. 1371-1376, 2003.
[7]     Babahosseini H., Mahboobi S. H., Vakilzadeh M. K., Alasty A. and Meghdaric A., Optimal sliding mode control for atomic force microscope tip positioning during nano-manipulation process, Scientia Iranica, Transaction F, Nanotechnology, Vol. 20, No. 6, 2285, 2013.
[8]     Korayem M. H., Taheri M. and Rastegar Z., Sobol method application in sensitivity analysis of LuGre friction model during 2D manipulation. Scientia Iranica. Transaction B, Mechanical Engineering, Vol. 21, No. 4, pp. 1461-1469, 2014.
[9]     Korayem M. H., Taheri M., Ghasemi M. and Badkoobehhezavh H., Investigating the effective parameters in the Atomic Force Microscope–based dynamic manipulation of roughmicro/nanoparticles by using the Sobol sensitivity analysis method, Simulation, Vol. 91, No. 12, pp. 1068-1080, 2015.
[10] Korayem M. H., Taheri M. and Ghahnaviyeh S. D., Sobol method application in dimensional sensitivity analyses of different AFM cantilevers for biological particles, Modern Physics Letters B, Vol. 29, No. 22, pp. 1550123, 2015.
[11] Korayem M. H. and Taheri M., Modeling of various contact theories for the manipulation of different biological micro/nanoparticles based on AFM, Journal of nanoparticle research, Vol. 16, No. 1, pp. 2156-1-8, 2014.
[12] Korayem M. H., Hefzabad R. N. and Taheri M., Modeling and Simulation of Spherical and Cylindrical Contact Theories for Using in the Biological Nanoparticles Manipulation, International Journal of Nanoscience and Nanotechnology, Vol. 13, No. 3, pp. 227-239, 2017.  
[13] Korayem M. H., Ghahnaviyeh S. D., Ghasemi M. and Taheri M., Effect of different geometrical parameters of atomic force microscope cantilevers in critical force and time based on manipulation with applying EFAST sensitivity analyses, Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, No. 1, pp. 300-306, 2015. (in Persian).
[14] Taheri M., 3D-Dynamic modeling and simulation of biological nanoparticle motion using AFM nano–robot, Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, No. 12, pp. 311-316, 2015. (in Persian).
[15] Taheri M., 3D Modeling of Gold Nanoparticle Manipulation in Air Using HK Friction Model, Modares Mechanical Engineering, Vol. 16, No. 10, pp. 311-316, 2016. (in Persian).
[16] Taheri M., Manipulation dynamic modeling for micro/nano-devices manufacturing using the LuGre friction model, Manufacturing Engineering, Vol. 16, No. 10, pp. 311-316, 2016. (in Persian).
[17] Sobol I. M., Global sensitivity indices for nonlinear mathematical models and their Monte Carlo estimates, Mathematics and computers in simulation, Vol. 55, pp. 271-280, 2001.
[18] Rossier P., Wade D. T. and Murphy M., An initial investigation of the reliability of the Rivermead Extended ADL index in patients presenting with neurological impairment, Journal of rehabilitation medicine, Vol. 33 pp. 61-70, 2001.
[19] Kogo N. and Ariel M., Membrane properties and monosynaptic retinal excitation of neurons in the turtle accessory optic system, Journal of neurophysiology, Vol. 78, pp. 614-627, 1997.
[20] Sobol I. M., Sensitivity estimates for nonlinear mathematical models, Math. Model. Comput. Exp,Vol. 14, pp. 407–414, 1993.
[21] Tahmasbi V., Ghoreishi M. and Taheri M., Sensitivity analysis of material removal rate in dry electro-discharge machining process, Modares Mechanical Engineering, Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, No. 13, pp. 382-386, 2015. (in Persian).
[22] Korayem M. H., Rastegar Z. and Taheri M., Sensitivity analysis of contact mechanics models in manipulation of biological cell, Nanoscience and Nanotechnology, Vol. 2, pp. 49-56, 2012.