凝聚态物理 > 中尺度与纳米尺度物理
[提交于 2024年12月24日
]
标题: 耗散稀释驱动的拓扑优化用于最大化纳米机械谐振器的 $Q$ 因子
标题: Dissipation Dilution-Driven Topology Optimization for Maximizing the $Q$ Factor of Nanomechanical Resonators
摘要: 纳米机械谐振器的品质因子(即$Q$因子)受几何形状和应力的影响,这一现象被称为损耗稀释。 已有研究探索了最大化这一效应的方法,从而导致了柔性固定谐振器的设计。 本文提出了一种拓扑优化方法,通过最大化损耗稀释来设计具有高$Q$因子的二维纳米机械谐振器。 该方法基于预应力有限元模型的非线性与线性模态刚度比,并结合相应的伴随灵敏度分析公式。 在方形域中的系统化设计产生了与文献中相当的$Q$因子的几何结构。 我们分析了谐振频率和品质因子之间的权衡关系,以及这些关系如何反映在谐振器的几何形状上。 我们进一步将该方法应用于优化六边形全区域内的谐振器。 通过使用整个网格(即,不假设任何对称性),我们发现优化器收敛到一个由四根细长杆组成的两轴对称设计。
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