本文關鍵詞：介電彈性體發(fā)電機機電耦合機理研究

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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內(nèi)外學者的廣泛關注。相對于其他智能材料,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。研究表明,DE既是一種良好仿生驅動材料,也可逆向應用于發(fā)電領域,可以用來構造形式多樣、成本低廉的介電彈性體發(fā)電機(DEG-Dielectric Elastomer Generator),在微機電系統(tǒng)以及可再生能源發(fā)電等領域具有廣闊的應用前景。然而,國內(nèi)對DE的研究目前主要集中在驅動領域,針對其發(fā)電領域的研究尚處于起步階段。因此對DE材料的機電耦合機理研究具有重要意義。本文的主要研究內(nèi)容及結論概括如下：(1)通過研究介電彈性體材料的力學特性,結合國內(nèi)外研究文獻,提出了力學模型建立——電學模型建立——機電耦合分析建模的三步分析策略。建立力學模型以分析DE在外力作用下的力學特性,建立電學模型以分析DE在電場中的電學行為,機電耦合則將DE的力學模型和電學模型有效統(tǒng)一,方便分析DE工作過程中各個階段的參數(shù)。(2)根據(jù)建立的DEG機電耦合模型,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DEG的發(fā)電過程及拉伸力、拉伸率、初始偏置電壓與輸出電壓之間的關系進行了仿真分析研究。(3)研發(fā)了DEG發(fā)電測試實驗平臺。設計了單軸拉伸、雙軸拉伸的實驗方案,并根據(jù)所設計方案進行了實驗研究。實驗研究了DE兩端電壓與DE拉伸率的關系,所加初始偏置電壓、拉伸頻率與DE輸出電壓的關系。通過實驗研究,驗證了DEG機電耦合模型的準確性。(4)分析了在發(fā)電過程中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DE材料工作過程中常見的起皺失效行為進行了進一步的研究,運用聯(lián)合判據(jù),理論計算了DE在不同初始拉伸率下的臨界起皺電壓,分析了預拉伸率與起皺臨界電壓之間的關系,并進行了相關實驗研究。
【關鍵詞】：介電彈性體發(fā)電機 機電耦合模型 起皺失效 仿真與實驗
【學位授予單位】：浙江師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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)電機研究現(xiàn)狀13-21
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀17-21
• 1.3 現(xiàn)階段研究中存在的問題21-22
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排22-24
• 第2章 介電彈性體材料機電耦合基礎理論24-32
• 2.1 介電彈性體材料機電耦合機理概述24-26
• 2.2 介電彈性體材料的力學特性研究26-29
• 2.2.1 介電彈性體材料大變形的應變描述26-28
• 2.2.2 介電彈性體材料的應變能函數(shù)描述28-29
• 2.3 介電彈性體材料在電場中的受力分析29-31
• 2.4 本章小結31-32
• 第3章 介電彈性體發(fā)電機建模與仿真研究32-48
• 3.1 力學模型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 電學模型37-39
• 3.2.1 外圍電路設計37-38
• 3.2.2 電學模型38-39
• 3.3 機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47-48
• 第4章 介電彈性體發(fā)電機實驗研究48-62
• 4.1 實驗總體方案48-49
• 4.2 實驗平臺設計與構建49-56
• 4.2.1 實驗平臺硬件設計與構建49-53
• 4.2.2 實驗平臺軟件開發(fā)53-56
• 4.3 實驗過程與結果分析56-61
• 4.3.1 實驗材料選擇及制作56-57
• 4.3.2 電壓與拉伸率的關系57-59
• 4.3.3 偏置電壓與輸出電壓的關系59-61
• 4.4 本章小結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71-72
• 第6章 結論72-76
• 6.1 結論72-74
• 6.2 展望74-76
• 參考文獻76-82
• 致謝82-84
• 攻讀學位期間取得的研究成果84-87

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

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本文編號：515445