本文關(guān)鍵詞：介電彈性體發(fā)電機(jī)機(jī)電耦合機(jī)理研究

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【摘要】：介電彈性體(DE-Dielectric Elastomer)作為一種新型智能材料引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。相對(duì)于其他智能材料,DE這種特殊的材料具有超大變形、高理論能量密度比、高效率等特點(diǎn)。研究表明,DE既是一種良好仿生驅(qū)動(dòng)材料,也可逆向應(yīng)用于發(fā)電領(lǐng)域,可以用來(lái)構(gòu)造形式多樣、成本低廉的介電彈性體發(fā)電機(jī)(DEG-Dielectric Elastomer Generator),在微機(jī)電系統(tǒng)以及可再生能源發(fā)電等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而,國(guó)內(nèi)對(duì)DE的研究目前主要集中在驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域,針對(duì)其發(fā)電領(lǐng)域的研究尚處于起步階段。因此對(duì)DE材料的機(jī)電耦合機(jī)理研究具有重要意義。本文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論概括如下：(1)通過(guò)研究介電彈性體材料的力學(xué)特性,結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究文獻(xiàn),提出了力學(xué)模型建立——電學(xué)模型建立——機(jī)電耦合分析建模的三步分析策略。建立力學(xué)模型以分析DE在外力作用下的力學(xué)特性,建立電學(xué)模型以分析DE在電場(chǎng)中的電學(xué)行為,機(jī)電耦合則將DE的力學(xué)模型和電學(xué)模型有效統(tǒng)一,方便分析DE工作過(guò)程中各個(gè)階段的參數(shù)。(2)根據(jù)建立的DEG機(jī)電耦合模型,利用Matlab/Simulink軟件建立了DEG雙軸拉伸、單軸拉伸發(fā)電仿真分析模型,并對(duì)DEG的發(fā)電過(guò)程及拉伸力、拉伸率、初始偏置電壓與輸出電壓之間的關(guān)系進(jìn)行了仿真分析研究。(3)研發(fā)了DEG發(fā)電測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。設(shè)計(jì)了單軸拉伸、雙軸拉伸的實(shí)驗(yàn)方案,并根據(jù)所設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)研究了DE兩端電壓與DE拉伸率的關(guān)系,所加初始偏置電壓、拉伸頻率與DE輸出電壓的關(guān)系。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究,驗(yàn)證了DEG機(jī)電耦合模型的準(zhǔn)確性。(4)分析了在發(fā)電過(guò)程中DE材料可能發(fā)生的失效破壞行為。利用Suo提出的DE模型進(jìn)行了失效形式的數(shù)值求解,給出了DE材料的安全區(qū)域。針對(duì)DE材料工作過(guò)程中常見(jiàn)的起皺失效行為進(jìn)行了進(jìn)一步的研究,運(yùn)用聯(lián)合判據(jù),理論計(jì)算了DE在不同初始拉伸率下的臨界起皺電壓,分析了預(yù)拉伸率與起皺臨界電壓之間的關(guān)系,并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。
【關(guān)鍵詞】：介電彈性體發(fā)電機(jī) 機(jī)電耦合模型 起皺失效 仿真與實(shí)驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：浙江師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB381;TM30
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 研究背景及意義10-13
• 1.2 介電彈性體發(fā)電機(jī)研究現(xiàn)狀13-21
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀17-21
• 1.3 現(xiàn)階段研究中存在的問(wèn)題21-22
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排22-24
• 第2章 介電彈性體材料機(jī)電耦合基礎(chǔ)理論24-32
• 2.1 介電彈性體材料機(jī)電耦合機(jī)理概述24-26
• 2.2 介電彈性體材料的力學(xué)特性研究26-29
• 2.2.1 介電彈性體材料大變形的應(yīng)變描述26-28
• 2.2.2 介電彈性體材料的應(yīng)變能函數(shù)描述28-29
• 2.3 介電彈性體材料在電場(chǎng)中的受力分析29-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 介電彈性體發(fā)電機(jī)建模與仿真研究32-48
• 3.1 力學(xué)模型32-37
• 3.1.1 雙軸拉伸模型32-35
• 3.1.2 單軸拉伸模型35-36
• 3.1.3 純剪切模型36-37
• 3.2 電學(xué)模型37-39
• 3.2.1 外圍電路設(shè)計(jì)37-38
• 3.2.2 電學(xué)模型38-39
• 3.3 機(jī)電耦合模型及仿真研究39-47
• 3.3.1 雙軸拉伸仿真研究39-44
• 3.3.2 單軸拉伸仿真研究44-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第4章 介電彈性體發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)研究48-62
• 4.1 實(shí)驗(yàn)總體方案48-49
• 4.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)與構(gòu)建49-56
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)與構(gòu)建49-53
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)軟件開發(fā)53-56
• 4.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果分析56-61
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)材料選擇及制作56-57
• 4.3.2 電壓與拉伸率的關(guān)系57-59
• 4.3.3 偏置電壓與輸出電壓的關(guān)系59-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 第5章 介電彈性體材料失效行為研究62-72
• 5.1 失效形式概述62
• 5.2 失效行為分析62-67
• 5.3 起皺失效研究67-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 第6章 結(jié)論72-76
• 6.1 結(jié)論72-74
• 6.2 展望74-76
• 參考文獻(xiàn)76-82
• 致謝82-84
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果84-87

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 ;Performance Investigation of Cone Dielectric Elastomer Actuator Using Taguchi Method[J];Chinese Journal of Mechanical Engineering;2011年04期

2 王劍;郭吉豐;郭帥;;壓電發(fā)電技術(shù)研究綜述[J];壓電與聲光;2011年03期

3 陳明;林桂娟;宋德朝;;電活性聚合物微型發(fā)電機(jī)[J];光學(xué)精密工程;2010年11期

4 葉正芳,李彥鋒,賈付云,卓仁禧,蘇致興;壓電陶瓷電性能老化問(wèn)題的研究[J];蘭州大學(xué)學(xué)報(bào);2001年03期

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本文編號(hào)：515445