Cuencas de atracción y estimativo del atractor global del modelo AFM disipativo squeeze-film-damping
En este documento se recopilan los resultados obtenidos en el proyecto de investigación E3-21-1 del año 2021, que fue financiado por la Vicerrectoría de Investigación, Innovación y Extensión de la Universidad Tecnológica de Pereira, con el soporte del grupo de investigación de ecuaciones diferencial...
- Autores:
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Chaves Tobar, Jose Aramid
Gutiérrez Gutiérrez, Alexánder
- Tipo de recurso:
- Book
- Fecha de publicación:
- 2023
- Institución:
- Universidad Tecnológica de Pereira
- Repositorio:
- Repositorio Institucional UTP
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- Acceso en línea:
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- Palabra clave:
- 620 - Ingeniería y operaciones afines::621 - Física aplicada
Procesos bifurcación
Sistemas dinámicos diferenciales
Modelo de sistemas dinámicos
Teoria de sistemas dinámicos
Análisis de atractores
Fuerzas del tipo Lenard-Jonnes
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En este documento se recopilan los resultados obtenidos en el proyecto de investigación E3-21-1 del año 2021, que fue financiado por la Vicerrectoría de Investigación, Innovación y Extensión de la Universidad Tecnológica de Pereira, con el soporte del grupo de investigación de ecuaciones diferenciales y aplicaciones (GREDYA). El modelo que se estudia es el Microscopio de Fuerza Atómica o AFM, Atomic Force Microscope, con fuerzas del tipo Lenard Jonnes y efecto squeeze-film damping (o amortiguamiento de película de compresión). Las fuerzas del tipo Lenard-Jonnes presentan singularidades mixtas en la variable de estado, es decir, singularidades que tiene un término atractivo y otro repulsivo, y el efecto squeeze film damping presentan una singularidad de la variable de estado. Los resultados principales del libro son: la estimación de la cuenca atractiva de las soluciones de equilibrio asintóticamente estables, la existencia y representación analítica de un atractor global y la aproximación de las variedades estable e inestable locales para la solución de equilibrio tipo silla. Los resultados obtenidos en esta investigación tienen gran importancia en el diseño, construcción y mantenimiento de este tipo de dispositivos. Los fundamentos teóricos para el desarrollo del documento se incluyen como apéndice. |
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[1] B. S. Ali. The Application of nanotechnology in criminology and forensic Sciences. International Journal for Electronic Crime Investigation, Vol. 6, No. 4, pp 13-18, 2022. doi: https://doi.org/10.54692/ijeci.2022.0604120. [2] A. A. Andronov, E. A. Leontovich y I. I. Gordon. Qualitative Theory of Second-Order Dynamical Systems. Dynamical Sys tems, John Wiley and Sons, 1973, ISBN: 97807065 [3] Beron J. y Rivera, A. M. Periodic Oscillations in MEMS under Squeeze Film Damping Force. Journal of Applied Mathematics, Vol, 2022, pp 1-15, 2022, doi:https://doi.org/10.1155/2022/1498981. [4] G. Binning, C. F. Quate y C. Gerber. Atomic force microscope. Physical Review Letters. Vol. 56, no. 9, pp 930–933, 1986, doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.56.930. [5] J. Cao, W. Jiang, X. Li, et., al. In-plane anomalous Hall effect in PT-symmetric antiferromagnetic materials. Physical Review Let ters. Vol. 130, No. 16, pp 166-702, 2023, doi: 10.1103/Phys RevLett.130.166702. [6] J. A. Chaves. Cuencas de atracción y estimativo del atractor glo bal del modelo AFM disipativo squeeze-film-damping. Tesis de maestría, Departamento de Matématicas, Universidad Tecno lógica de Pereira. 2022. [7] D. Cortés. AFM con forzamiento periódico. Tesis de licenciatura en matemáticas, Departamento de Matématicas, Universidad Tecnológica de Pereira. 2018. [8] D. Cortés y A. Gutiérrez Existence of Running Solutions in a Re lativistic Tricomi’s Equation Using Perturbation Theory. Vol. 20 No. 187, pp 1-15, 2023, doi: https://doi.org/10.1007/s00009- 023-02274-9. [9] D. Cortés, D. A. Castro y A. Gutiérrez. Saddle-Node Bifurca tion and Homoclinic Persistence in AFM with Periodic Forcing. Mathematical Problems in Engineering. Vol. 1, pp 1-11 ,2019, doi: https://doi.org/10.1155/2019/8925687 [10] D. Cortés, J. Duque y A. Gutiérrez,. Análisis cuali tativo de modelos asociados a Microscopios de Fuer za Atómica (AFM). Sello Editorial: UTP, 2021. URL https://repositorio.utp.edu.co/items/523877e0-db61-4a5b a60b-bbec12254211. [11] D. Cortés. Soluciones periódicas y bifurcación cúspide en un microscopio de fuerza atómica. Tesis de maestría, Departamen to de matemáticas aplicadas Universidad de Granada. Vol. 168, 1-29, 2020. [12] J. S. Duque. Dinámica de un microscopio de fuerza atómica no conservativo. Tesis de maestría, Departamento de matemáticas, Universidad Tecnológica de Pereira. 2018. [13] J. S. Duque, A. Gutiérrez y D. Cortés. Dynamics of a micro-electro-mechanical system associated with an ato mic force microscope considering squeeze film damping. Ap plied Optics. Vol. 59, No. 13, pp D76-D-80, 2020. doi: https://doi.org/10.1364/AO.383485. [14] A. Ghalandarzadeh, J. Javadpour, H. Majidian, M. Ganjali. The evaluation of prepared microstructure pattern by carbon dioxide laser on zirconia-based ceramics for dental implant ap plication: an in vitro study. Odontology, Vol. 111 No. 3, pp 580- 599, 2023. doi: 10.1007/s10266-022-00781-x [15] Gibert, C., Guskov, M., Sanchez, L., y Thouverez, F. Damping coefficient estimation of a squeeze-film damper operating in a dual shaft test rig. Mechanics & Industry, Vol. 11 No. 5, pp 297- 308, 2010. [16] J. Guckenheimer y P. Holmes. Nonlinear Oscillations, Dyna mical Systems, and Bifurcations of Vector Fields. Texts in Ap plied Mathematics Vol. 42. Springer, New York. 1983. ISBN: 0387908196. [17] A. Gutiérrez Existencia y estabilidad de soluciones periódicas en ecuaciones con singularidades. Tesis de Doctorado, Departa mento de Matemática Aplicada, Universidad de Granada. 20 [18] A. Gutiérrez y P. Torres. The Lazer-Solimini equation with state depend delay. International Applied Mathematics Letters, Vol. 25, pp 643-647. 2013. [19] A. Gutiérrez y P. Torres. Nonautonomuos Saddle-Node Bifurca tion in a Canonical Electrostatic MEMS. International Journal of Bifurcation and Chaos, Vol. 23. No. 5. pp 1 -15, 2013. [20] A. Gutiérrez, D. Nuñez y A. Rivera. Effects of voltage change in the dynamics in a Comb-driver finger of electrostatic actua tor.International Journal of Non-Linear Mechanics, Vol. 95. pp 224-232, 2017 [21] A. Gutiérrez. Soluciones Periódicas en Ecuaciones Dife renciales Singulares. Sello Editorial: UTP, 2017. URL https://www.libreriadelau.com/soluciones-periodicas-en ecuaciones-diferenciales-singulares/p. [22] A. Gutiérrez, D. Cortés y J. Duque. Periodic solutions of a tap ping mode cantilever in an Atomic Force Microscope with harmo nic excitation. Communications in Nonlinear Science and Nu merical Simulation. Vol. 110 pp 1-21 110, 2022. [23] J. K. Hale y H. Kocak. Dynamics and bifurcations Editorial: Springer Verlag, 1991. ISBN- 978-0-387-97141-4. [24] M. W. Hirsch, S. Smale y R. L. Devaney. Differential equations, dynamical systems, and an introduction to chaos. Elsevier Aca demic Press. 2004. ISBN 978-0-12-38201 [25] Y. Kuznetsov. Elements of applied bifurcation theory. Springer Berlin. 2004. ISBN: 978-0-387-21906-6. [26] C. Mahapatra. Analytical Techniques for Biomedical Nanotech nology: Atomic force microscopy for biomedical nanotechnology, pp. 14-1, Editorial: Bristol, UK, IOP Publishing, 2023. [27] R. W. D. Nickalls. A new approach to solving the cubic: Car dan’s solution revealed, The Mathematical Gazette, Vol. 77. No. 480. pp 354–359, 1993. [28] M. F. Pantano, L. Pagnotta. A numerical study of squeeze-film damping in MEMS-based structures including rarefaction effects. Frattura ed Integrita Strutturale. Vol. 23. pp 103-113, 2013. [29] L. Perko. Differential Equations and Dynamical Systems. Springer. 2001.ISBN 978-0-387-95116-4. [30] A. Raman, J. Melcher y R. Tung. Cantilever dynamics in atomic force microscopy. Nanotoday. Vol. 3. pp 20-26, 2008. |
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Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 dehttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessChaves Tobar, Jose AramidGutiérrez Gutiérrez, Alexánder2023-11-14T13:31:24Z2023-11-14T13:31:24Z2023https://hdl.handle.net/11059/14856978-958-722-862-5https://doi.org/10.22517/9789587228625Universidad Tecnológica de PereiraRepositorio Institucional Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/homeEn este documento se recopilan los resultados obtenidos en el proyecto de investigación E3-21-1 del año 2021, que fue financiado por la Vicerrectoría de Investigación, Innovación y Extensión de la Universidad Tecnológica de Pereira, con el soporte del grupo de investigación de ecuaciones diferenciales y aplicaciones (GREDYA). El modelo que se estudia es el Microscopio de Fuerza Atómica o AFM, Atomic Force Microscope, con fuerzas del tipo Lenard Jonnes y efecto squeeze-film damping (o amortiguamiento de película de compresión). Las fuerzas del tipo Lenard-Jonnes presentan singularidades mixtas en la variable de estado, es decir, singularidades que tiene un término atractivo y otro repulsivo, y el efecto squeeze film damping presentan una singularidad de la variable de estado. Los resultados principales del libro son: la estimación de la cuenca atractiva de las soluciones de equilibrio asintóticamente estables, la existencia y representación analítica de un atractor global y la aproximación de las variedades estable e inestable locales para la solución de equilibrio tipo silla. Los resultados obtenidos en esta investigación tienen gran importancia en el diseño, construcción y mantenimiento de este tipo de dispositivos. Los fundamentos teóricos para el desarrollo del documento se incluyen como apéndice.This document compiles the results obtained in the research project E3-21-1 of the year 2021, which was financed by the Vice Rectory for Research, Innovation and Extension of the Technological University of Pereira, with the support of the equations research group differentials. and applications (GREDYA). The model studied is the Atomic Force Microscope or AFM, with Lenard-Jonnes type forces and squeeze-film wetting effect (or compression film damping). Forces of the Lenard-Jonnes type present mixed singularities in the state variable, that is, singularities that have an attractive term and a repulsive term, and the squeeze film wetting effect presents a singularity of the state variable. The main results of the book are: the estimation of the attractive basin of the asymptotically stable equilibrium solutions, the existence and analytical representation of a global attractor and the approximation of the stable and unstable local varieties for the chair-type equilibrium solution. The results obtained in this research are of great importance in the design, construction and maintenance of this type of device. The theoretical foundations for the development of the document are included as an appendix.CONTENIDO Prefacio ........................................................................................................... 5 CAPÍTULO UNO Los modelos AFM............................................................................................ 9 1.1. Introducción........................................................................................ 9 1.2. Modelo matemático del AFM conservativo ..................................... 12 1.3. Clasificación de soluciones de equilibrio ......................................... 13 1.4. Diagramas de bifurcación................................................................. 14 CAPÍTULO DOS La dinámica de un modelo AFMcon fuerzas del tipo Lenard-Jonnes y efecto squeeze-film damping ...................................................................... 21 2.1. Modelo matemático del AFM........................................................... 22 2.2. Diagrama de bifurcación .................................................................. 23 2.3. Variedades estable e inestable locales en un equilibrio tipo silla ..... 27 2.4. Cuencas de atracción ........................................................................ 34 2.5. Atractor global.................................................................................. 36 2.6. Conclusiones .................................................................................... 39 Apéndice A Apéndice: Nociones sobre ecuaciones diferenciales ordinarias .................... 43 A.1. Sistemas planares................................................................................... 43 A.1.1. Clasificación de las soluciones de equilibrio................................ 44 A.1.2. Variedad estable e inestable de un punto de silla.......................... 45 A.1.3. Atractor global para sistemas disipativos..................................... 46 A.2. Cuencas de atracción de las soluciones de equilibrio ............................ 47 A.3. Bifurcación............................................................................................. 48 Bibliografía ................................................................................................... 5160 Páginasapplication/pdfspaUniversidad Tecnológica de PereiraTrabajos de investigación[1] B. S. Ali. The Application of nanotechnology in criminology and forensic Sciences. International Journal for Electronic Crime Investigation, Vol. 6, No. 4, pp 13-18, 2022. doi: https://doi.org/10.54692/ijeci.2022.0604120.[2] A. A. Andronov, E. A. Leontovich y I. I. Gordon. Qualitative Theory of Second-Order Dynamical Systems. Dynamical Sys tems, John Wiley and Sons, 1973, ISBN: 97807065[3] Beron J. y Rivera, A. M. Periodic Oscillations in MEMS under Squeeze Film Damping Force. Journal of Applied Mathematics, Vol, 2022, pp 1-15, 2022, doi:https://doi.org/10.1155/2022/1498981.[4] G. Binning, C. F. Quate y C. Gerber. Atomic force microscope. Physical Review Letters. Vol. 56, no. 9, pp 930–933, 1986, doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.56.930.[5] J. Cao, W. Jiang, X. Li, et., al. In-plane anomalous Hall effect in PT-symmetric antiferromagnetic materials. Physical Review Let ters. Vol. 130, No. 16, pp 166-702, 2023, doi: 10.1103/Phys RevLett.130.166702.[6] J. A. Chaves. Cuencas de atracción y estimativo del atractor glo bal del modelo AFM disipativo squeeze-film-damping. Tesis de maestría, Departamento de Matématicas, Universidad Tecno lógica de Pereira. 2022.[7] D. Cortés. AFM con forzamiento periódico. Tesis de licenciatura en matemáticas, Departamento de Matématicas, Universidad Tecnológica de Pereira. 2018.[8] D. Cortés y A. Gutiérrez Existence of Running Solutions in a Re lativistic Tricomi’s Equation Using Perturbation Theory. Vol. 20 No. 187, pp 1-15, 2023, doi: https://doi.org/10.1007/s00009- 023-02274-9.[9] D. Cortés, D. A. Castro y A. Gutiérrez. Saddle-Node Bifurca tion and Homoclinic Persistence in AFM with Periodic Forcing. Mathematical Problems in Engineering. Vol. 1, pp 1-11 ,2019, doi: https://doi.org/10.1155/2019/8925687[10] D. Cortés, J. Duque y A. Gutiérrez,. Análisis cuali tativo de modelos asociados a Microscopios de Fuer za Atómica (AFM). Sello Editorial: UTP, 2021. 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La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 deopen.accesshttps://dspace7-utp.metabuscador.orgRepositorio de la Universidad Tecnológica de 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