管狀介電薄膜彈簧系統(tǒng)的力學(xué)響應(yīng)分析.pdf

1、電活性聚合物材料是一種新型高分子聚合物材料，材質(zhì)主要為橡膠、凝膠等絕緣物質(zhì)。電活性聚合物具有極佳的柔韌性且質(zhì)地輕便，通電時(shí)能彎曲或拉伸，不易破碎，可用來(lái)模擬人體肌肉的活動(dòng)。同時(shí)，電活性聚合物材料可以廣泛的運(yùn)用在作動(dòng)器、發(fā)電機(jī)的制備領(lǐng)域。因?yàn)殡娀钚跃酆衔锊牧峡梢詫?shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能的之間的互相轉(zhuǎn)換。由電活性聚合物材料制備的發(fā)電機(jī)、作動(dòng)器等裝置具有質(zhì)量輕、響應(yīng)速度快、形變量大、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，故在發(fā)電、攝像設(shè)備、航空航天、機(jī)器人等領(lǐng)域?qū)⒂袕V闊的

2、應(yīng)用前景。為了實(shí)現(xiàn)電活性聚合物材料的力電轉(zhuǎn)換，現(xiàn)階段研究較多的是介電彈性體換能器，其核心部分是由在薄膜狀電活性聚合物材料兩側(cè)涂抹有柔性導(dǎo)電物質(zhì)所組成的三明治結(jié)構(gòu)。在服役狀態(tài)，上下表面施加電壓，此時(shí)電活性聚合物材料將減小厚度而增大面積，實(shí)現(xiàn)作動(dòng)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；反之，則可實(shí)現(xiàn)機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)化。通過(guò)以上兩種特性，我們可以將介電彈性體用在作動(dòng)器、發(fā)電機(jī)的制備中。本文的主要研究工作包括：
　　(1)對(duì)一管狀介電薄膜、彈簧所組成系統(tǒng)的

3、力電大變形響應(yīng)開(kāi)展了研究。文中建立了管狀介電薄膜彈簧系統(tǒng)在外加力和電壓作用時(shí)的力學(xué)模型，根據(jù)電介質(zhì)形變的非線(xiàn)性場(chǎng)理論，結(jié)合熱力學(xué)的分析方法，得到了計(jì)算薄膜面外大變形的控制方程，運(yùn)用打靶法對(duì)控制方程進(jìn)行了數(shù)值求解，得到了各物理量的分布規(guī)律。結(jié)果表明，施加的電壓、彈簧的原始長(zhǎng)度與彈簧的剛度系數(shù)對(duì)介電薄膜的力電響應(yīng)有顯著影響，可以通過(guò)調(diào)節(jié)電壓及彈簧參數(shù)，對(duì)介電薄膜的變形進(jìn)行控制。
　　(2)對(duì)管狀介電薄膜-彈簧系統(tǒng)在不同預(yù)拉伸情況下的力