【摘要】：介電彈性體作為一種新型電活性聚合物,由于具有質(zhì)量輕、響應(yīng)快、機電轉(zhuǎn)換效率高等特點,在柔性驅(qū)動器設(shè)計領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。錐形介電彈性體驅(qū)動器相對于平面膜、堆棧型等其他驅(qū)動器應(yīng)力、應(yīng)變較為均衡,而且連續(xù)固定的邊界降低了驅(qū)動器薄膜的破裂風(fēng)險。本文圍繞錐形介電彈性體驅(qū)動器,利用介電彈性柔順性、大變形等特點,采用了理論推導(dǎo)、數(shù)值仿真、實驗分析等方法,在多穩(wěn)態(tài)驅(qū)動器設(shè)計、自傳感特性以及振動控制等方面進行了研究。主要內(nèi)容如下:1、提出了非線性磁吸力的力平衡調(diào)節(jié)方法,設(shè)計實現(xiàn)了具有本征三穩(wěn)態(tài)性質(zhì)的驅(qū)動器,并通過控制加載電壓實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)間的可控切換。建立了耦合磁力的介電彈性體超彈性模型,揭示了系統(tǒng)本征的三穩(wěn)態(tài)特性,研究了不同影響因素下系統(tǒng)勢能的變化。討論了多個特征參數(shù)對驅(qū)動器穩(wěn)態(tài)數(shù)的影響,并給出了不同穩(wěn)態(tài)的特征參數(shù)區(qū)間。通過設(shè)計制作三穩(wěn)態(tài)樣機進行試驗分析,驗證了驅(qū)動器本征的三穩(wěn)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換機制,討論了磁力和穩(wěn)態(tài)突跳對驅(qū)動器執(zhí)行性能的影響。多穩(wěn)態(tài)驅(qū)動器只需在穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換時施加電壓,達到穩(wěn)定狀態(tài)時即可斷電,避免了介電彈性體長時間通電擊穿的可能性,同時降低功耗。2、提出了一種物理模型和數(shù)據(jù)共同驅(qū)動的介電彈性體自傳感算法。建立了驅(qū)動器的電學(xué)模型,討論了不同參數(shù)下模型的簡化情況。研究了不同輸入下驅(qū)動器的自傳感電流,揭示了介電彈性體驅(qū)動器響應(yīng)位移和自傳感電流的相關(guān)性。設(shè)計制作錐形介電彈性體驅(qū)動器,采集了不同激勵下的自傳感電流、響應(yīng)位移等數(shù)據(jù),并研究了自傳感電流、響應(yīng)位移之間的映射關(guān)系,分析了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)超參數(shù)對預(yù)測精度的影響。通過增加訓(xùn)練樣本類型和數(shù)量,提高了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的泛化能力,在未知信號上也獲得了良好的預(yù)測結(jié)果。3、研究了基座激勵下錐形介電彈性體減振器的隔振效果。利用虛功原理建立了質(zhì)量負載下介電彈性體減振器動力學(xué)模型。討論了不同阻尼、預(yù)拉伸、質(zhì)量下減振器的被動隔振效果。研究了預(yù)拉伸、重力以及電壓載荷對減振器平衡位置的影響,在此基礎(chǔ)上分析了電壓載荷對系統(tǒng)固有頻率的影響。設(shè)計制作了單自由度錐形介電彈性減振器樣機,研究了不同的正弦激振頻率下減振器的隔振傳遞率,得到了被動隔振的工作區(qū)間。研究了不同直流電壓對減振器固有頻率的影響,驗證了電壓負載下介電彈性體減振器的移頻特性。針對正弦基座激勵,根據(jù)DE的機電耦合特性,通過調(diào)節(jié)電壓的幅值、相位使減振器在系統(tǒng)固有頻率處的振幅衰減為隔振前的5.3%。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB34;TP183;TP212

【參考文獻】

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1 鎖志剛;曲紹興;;介電高彈聚合物理論[J];力學(xué)進展;2011年06期

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本文編號：2695819