本文關(guān)鍵詞：管狀介電薄膜彈簧系統(tǒng)的力學(xué)響應(yīng)分析

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【摘要】：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)拉伸情況下的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了分析。研究了不同環(huán)向預(yù)拉伸對(duì)管狀介電薄膜變形后的輪廓、位移輸出以及失效極限的影響效應(yīng)。研究結(jié)果將對(duì)管狀介電薄膜-彈簧系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及提高管狀介電薄膜-彈簧系統(tǒng)的工作效率提供理論上的支撐。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ317;TB383.2

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本文編號(hào)：1155260