Актуальность исследования. Для контроля данных технических операций бурения скважин, различного вида ремонта скважин, геологоразведочного бурения в нефтяной и газовой промышленности на буровых и ремонтных установках всех типов используются технологические датчики (датчики нагрузки, давления, температуры жидкости, выхода раствора, плотности жидкости). Современные датчики имеют малые размеры и для повышения чувствительности изготавливаются на базе наноэлектромеханических систем, которые включают в себя составляющие элементы, нанобалки и нанопластины. Эти элементы работают при высоких температурах и подвергаются механическим нагрузкам различного вида. Увеличение прочности этих элементов является несомненно актуальной задачей. Цель: построить математическую модель на базе кинематической гипотезы Тимошенко и модифицированной моментной теории чувствительного элемента в виде балки, нано электромеханического датчика под действием механических и тепловых полей;создать методологию получения оптимальной топологии нанобалки для произвольнойстатической и динамической нагрузкии различных граничных условий с целью увеличения ее жесткости;провести сравнительный анализ статики и нелинейной динамики оптимальной и неоптимальной балок. Объекты: элемент наноэлектромеханических систем в виде балки с учетом оптимальной микроструктуры. Методы: методы топологической оптимизации, вариационные методы, метод конечных разностей второго порядка, методытипа Рунге–Кутта, Фурье и вейвлет анализ, фазовый портрет и сечение Пуанкаре. Результаты. Построена методология получения оптимальной микроструктуры нанобалки на основе топологической оптимизации.На основе принципа Гамильтона–Остроградского построена математическаямодель неоднородной в двух направлениях (по толщине и длине) нанобалки Тимошенко на базе модифицированной моментной теории. Проведен сравнительный анализ статического изгиба и нелинейной динамики оптимальной и неоптимальной нанобалок.