離子聚合物-金屬復(fù)合材料（ionic polymer-metal composite, IPMC）界面的粗糙特性對材料的電致動(dòng)性能有重要作用,文章針對IPMC界面表征模型難以體現(xiàn)實(shí)際界面復(fù)雜特性的研究現(xiàn)狀,提出利用W-M函數(shù)來模擬界面輪廓。從制備的樣片界面輪廓出發(fā)建立傳質(zhì)方程,將實(shí)際界面、平電極、Koch曲線和W-M函數(shù)模型的擬合結(jié)果進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)僅W-M函數(shù)模型與實(shí)際界面模型擬合結(jié)果相近,且誤差均小于5%。此外,文章給出了W-M函數(shù)核心參數(shù)的獲取方法和經(jīng)驗(yàn)公式,并用來表征復(fù)雜界面輪廓。 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,43(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖3 分形維數(shù)求解方法圖

在工程應(yīng)用中,常取γ=1.5, n1=100,n=1∶100[11]。分形維數(shù)D和特征尺度G是決定W-M函數(shù)輪廓的核心參數(shù)。而分形維數(shù)通過分規(guī)法可以求出,特征尺度G成為應(yīng)用W-M擬合界面的關(guān)鍵參數(shù)。本文基于W-M函數(shù)提出結(jié)合有限元思想來擬合界面的方法,其流程如圖4所示,由此可獲得最佳特征尺度G*。文獻(xiàn)[14-15]發(fā)現(xiàn)IPMC的單位體積內(nèi)膜的應(yīng)變與膜內(nèi)的含水量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))成正比。IPMC在電場下偏轉(zhuǎn)是由于內(nèi)部陽離子攜帶水分子由陽極向陰極移動(dòng)造成的,陽極受拉力,陰極受壓力,因此,IPMC類似于均布載荷下的懸臂梁。根據(jù)歐拉梁理論,材料最終變形的曲率與材料上下表面的應(yīng)變差成正相關(guān)。因此,IPMC變形曲率與上下表面的水濃度差值成正相關(guān)。在計(jì)算過程中,本文將陰陽極間水濃度線積分的差值定義為特征濃度C*來反映材料的變形能力。其計(jì)算公式為:

為了探究以W-M函數(shù)建立的幾何模型的可行性,本文對4個(gè)樣片計(jì)算了特征濃度隨時(shí)間變化情況,并將平電極模型和3次迭代的Koch曲線模型作為對照組。4個(gè)樣片實(shí)際界面模型網(wǎng)格劃分如圖5所示,W-M函數(shù)模型網(wǎng)格劃分如圖6所示,平電極和Koch曲線模型網(wǎng)格劃分如圖7所示,除了平電極模型采用映射網(wǎng)格外,其余均采用自由三角形網(wǎng)格。圖6 樣片W-M函數(shù)模型網(wǎng)格劃分圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]W-M函數(shù)模型下表面輪廓形貌的變化規(guī)律[J]. 鄧可月,劉政,鄧居軍,趙運(yùn)才.  機(jī)械設(shè)計(jì)與制造. 2017(01)
[2]新型智能材料:電活性聚合物的研究狀況[J]. 黨智敏,王嵐,王海燕.  功能材料. 2005(07)



本文編號：3572973