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相似文献
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1.
锁志刚  曲绍兴 《力学进展》2011,41(6):730-750
软材料受刺激会发生变形, 该变形会引起相应的功能, 这种材料称为活性软材料(soft active material, SAM). 本综述主要讨论介电高弹聚合物这一类活性软材料. 当介电高弹聚合物薄膜受到厚度方向的电压作用时, 薄膜厚度减小同时面积增大, 可导致超过100{\%}的应变. 介电高弹聚合物作为转换器被广泛应用, 包括柔性机器人、智能光学器件、盲文显示屏、发电机等. 本文综述了建立在连续介质力学和热力学框架内的、并且基于分子理论描述和经验观测的介电高弹聚合物理论. 该理论耦合了大变形和电势, 描述了非线性和非平衡行为, 如力电失稳和黏弹性. 采用该理论能够通过有限元方法模拟实际构型的转换器, 计算力电能量转换的效率, 给出电致大变形的可行途径. 该理论有助于材料和器件设计.  相似文献   

2.
The performance of dielectric elastomer(DE) transducers is significantly affected by viscoelastic relaxation-induced electromechanical dissipations.This paper presents an experimental study to obtain the rate dependent stress-stretch relation of DE membranes(VHB TM 9473) subjected to pure shear like loading and electric loading simultaneously.Stretching rate dependent behavior is observed.The results also show that the tensile force decreases as the voltage increases.The observations are compared with predictions by a viscoelastic model of DE.This experiment may be used for further studies of dynamic electromechanical coupling properties of DEs.  相似文献   

3.
介电弹性体(Dielectric Elastomer,简称DE)材料是一类在电场激励下可以产生大幅度尺寸或形状变化的新型柔性功能材料.DE材料具有非常宽的温度应用范围,这种宽的温度工作范围和快速大变形性能为各种柔性致动器结构提供了良好的基础,但作为一种粘弹性高分子材料,温度对其性能的影响也是非常明显的.然而到目前为止,所有关于DE材料驱动性能的研究仅局限于室温条件下,温度变化对DE材料力电耦合稳定性的影响几乎没有相关报道.基于此,通过实验研究了温度对最常用的DE材料(VHB 4910,3M)力电耦合变形的影响,结果表明:升高温度可以提高DE材料的力电耦合变形;温度越高,DE材料越容易发生力电耦合失稳.然后,从热力学和粘弹性力学出发,建立了考虑温度影响后的DE材料的粘弹性力电耦合模型,数值模拟理论结果和实验结果定性地吻合.  相似文献   

4.
We present a finite element method for dielectric elastomer(DE) transducers based on the nonlinear field theory of DE.The method is implemented in the commercial finite element software ABAQUS,which provides a large library functions to describe finite elasticity.This method can be used to solve electromechanical coupling problems of DE transducers with complex configurations and under inhomogeneous deformation.  相似文献   

5.
应用多材料常数的Ogden弹性应变能函数分析了介电弹性体的力学行为,研究了介电弹性体的机电稳定性.数值结果表明,通过对材料系数(如材料常数比和电致伸缩系数等)的恰当调节可以使得介电弹性体材料或介电弹性体结构更趋稳定.这些有益于深入理解介电弹性体的机电稳定性行为,进而设计恰当的介电弹性体器件.  相似文献   

6.
The thermo-order-mechanical behaviors of liquid crystal elastomers(LCEs) under biaxial loading are studied in this paper.Inverse method for nonlinear elastic problems is utilized by imposing biaxial stretching to thin rectangular samples.Neo-classical elastic energy is used together with the Landau-de Gennes nematic free energy.Under plane stress assumptions,the constitutive equations are derived.Due to the possible reorientations of the liquid crystal molecules induced by the imposed biaxial loading,the in-plane nonlinear stress-strain relations can have different expressions depending on which loading axis will have the largest effective principal strain.And the free energy is a multi-well non-convex potential function.As shown by some typical loading paths,the LCE samples will exhibit an anisotropic nonlinear elastic behavior,as long as the loading has not induced a reorientation of the liquid crystal molecules.When this did occur,jumps of stresses could take place for dead loadings due to the losing of stability.  相似文献   

7.
介电弹性体 (dielectric elastomer) 是电活性聚合物智能材料的一种,在外加电场作用下,可产生多种形式的响应.在驱动柔性透镜的变焦方面,相对于传统的机械操控变焦方法 显示出独特的优势.针对一款在电压激励下可高效调节焦距的介电弹性体仿人眼变焦透镜,该透镜由上下两层介电弹性薄膜和固定框架构成,并在封闭腔内充入盐水,上层薄膜涂覆环形柔性电极.在电压激励下,上层膜发生变形,由于盐水的体积保持恒定,引 起下层膜随之变形,使得透镜的焦距发生改变.采用 neo-Hookean 模型,利用变分原理导出了该透镜的控制方程、边界条件和连 续条件.利用打靶法求解了该非线性问题并高效地处理了非线性问题的界面连续条件. 理论分析结果与实验结果相吻合. 利用此模型开展了广泛的参数分析,研究表明,透镜的几何形状、初始焦距、介电弹性体薄膜的预拉伸率、涂覆的电极面积、材料的剪切模量等对透镜焦距的调节性能都有重要的影响.所建立的理论分析模型可为柔性仿生透镜的设计和参数优化提供有效的分析方法.  相似文献   

8.
作为一种新型的电活性聚合物,介电弹性材料可被用作柔性致动器。其中材料的介电性能和机械性能是影响其机电耦合致动性能的关键因素。通过实验方法研究了一种典型的介电弹性材料VHB4910在不同温度和频率下的介电常数和弹性模量,基于实验结果分析了该材料的机电耦合性能。结果表明:依赖于频率和温度的弹性模量是影响该介电弹性材料致动变形的主要因素,对致动性能的影响最大可达4个数量级,材料的介电常数对其致动性能的影响相对较小。  相似文献   

9.
在电活性聚合物圆柱壳内外表面施加电压,圆柱壳会变薄并且伸长,因此相同的电压会在圆柱壳内产生更大的电场.这个正反馈可能使圆柱壳厚度不断变薄,最终导致其失稳破坏.论文研究了电活性聚合物圆柱壳在静态和周期电压作用下的响应及稳定性问题.采用neo-Hookean材料模型得到描述圆柱壳表面运动的非线性常微分方程.给出了圆柱壳在不同厚度和边界条件下外加电压随圆柱壳变形的变化曲线,结果表明存在一个临界电压,当外加电压大于这一临界值时,圆柱壳将被破坏.同时,也讨论了厚度和边界条件对临界电压的影响.圆柱壳在正弦周期电压作用下,其运动随时间的变化是周期性的或拟周期性的非线性振动.给出了圆柱壳振动固有频率的计算结果,采用打靶法得到圆柱壳振动的周期解,并且用数值法研究了周期解的稳定性.采用数值仿真得到圆柱壳振动振幅随外加动态电压激励频率的变化曲线,结果表明圆柱壳会发生多频共振,共振时圆柱壳振幅发生跳跃,导致圆柱壳失稳破坏.最后给出共振点临近点的振动曲线和相图,并对其振动特性进行讨论.  相似文献   

10.
应用Valanis提出的内时本构方程,研究了板料成形的拉伸失稳问题.推导出单向和双向拉伸应力状态下的内时本构方程,据此分析了分散性失稳和集中性失稳.该文推导出应用于拉伸失稳分析时内时理论的近似表达式,它对应于经典塑性理论解,同时给出了内时理论的完整迭代数值解.结果表明内时理论具有很好的适用性.  相似文献   

11.
The time-dependent electro-viscoelastic performance of a circular dielectric elastomer (DE) membrane actuator containing an inclusion is investigated in the context of the nonlinear theory for viscoelastic dielectrics. The membrane, a key part of the actuator, is centrally attached to a rigid inclusion of the radius a, and then connected to a fixed rigid ring of the radius b. When subject to a pressure and a voltage, the membrane inflates into an out-of-plane shape and undergoes an inhomogeneous large deformation. The governing equations for the large deformation are derived by means of non-equilibrium thermodynamics, and viscoelasticity of the membrane is characterized by a rheological spring-dashpot model. In the simulation, effects of the pressure, the voltage, and design parameters on the electromechanical viscoelastic behaviors of the membrane are investigated. Evolutions of the considered variables and profiles of the deformed membrane are obtained numerically and illustrated graphically. The results show that electromechanical loadings and design parameters significantly influence the electro-viscoelastic behaviors of the membrane. The design parameters can be tailored to improve the performance of the membrane. The approach may provide guidelines in designing and optimizing such DE devices.  相似文献   

12.
颜慧贤  郑秋辉 《力学季刊》2015,36(3):458-463
力-电耦合场作用下,介电凝胶的体积、形状会发生相应的变化,在智能传感器与促动器等领域具有广阔的应用前景.浸入溶液中,介电凝胶将吸收溶液而溶胀.当外界溶液的量足够多时,介电凝胶将吸收足量的溶液而达到饱和状态;但如果外界溶液的量较小,没有足够的溶液可被吸收时,介电凝胶将处于非饱和状态.基于介电凝胶大变形与极化理论,对非饱和介电凝胶在等双轴应力与电场耦合作用下的力学行为及力电失稳现象进行研究.结果表明,饱和度越低介电凝胶的刚性越大,材料越硬;预应力技术可以提高介电凝胶的力电稳定性,预应力越大,力电失稳出现时的临界电压值越高.  相似文献   

13.
孟增  王选  周焕林 《力学与实践》2022,44(6):1394-1398

工程中常用的梁结构因各横截面上的弯矩不同,采用等截面梁时,材料不能得到充分利用,经济性较差。若采用等强度梁,可以使所有截面上的最大应力同时达到材料的许用值,充分挖掘梁结构的承载潜能,提高材料利用率。本文从优化设计角度出发,求解等强度梁截面几何尺寸沿轴线变化的情况,有助于在一般情况下深化对等强度梁设计的理解。

  相似文献   

14.
集中力拉伸作用下的不可压缩橡胶类锥体   总被引:3,自引:0,他引:3  
刘波  高玉臣 《力学学报》1995,27(4):415-423
分析了受集中力拉伸作用下不可压缩橡胶类锥体尖端附近的应力分布及形变行为。给出了锥体尖端应力场的渐近解,当锥角为180°时,即为非线性的Boussinesq问题的解。  相似文献   

15.
丙烯酸弹性体的率相关分数阶黏弹性模型研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
丙烯酸弹性体VHB 4910作为一种重要的介电弹性体,在软体机器人、致动器、俘能器和智能隔振器等领域有很好的应用前景.但材料的非线性黏弹性对其力学行为有显著影响.近来分数阶模型在复杂材料的建模中取得了成功.本文基于分数阶有限变形Kelvin-Voigt流变学模型建立弹性体的三维张量本构,并进一步推导单向拉伸情况下的本构...  相似文献   

16.
基于介电弹性体的软机器在柔性机器人、能量收集、柔性电子等领域有着广泛的应用.传统的介电弹性器件由不透明的流体碳膏电极或其他硬材料制作的电子导体来驱动.可拉伸透明离子导体作为电极驱动介电弹性体时,两种软材料互相结合,为软机器提供了一种独特的实现方式.论文综述了离子导体驱动的介电弹性体软机器的近期研究进展,展望了未来的研究方向和存在的问题.  相似文献   

17.
One-dimensional nanostructured materials are often used as beams in many applications such as ultrahigh-frequency resonators and ultrasensitive sensors. Compared with usual macroscopic beams, nanobeams have much higher surface/volume ratios so that their surface energies may play a significant role. Besides, they often bear large deflections due to their typically large slenderness ratios and larger elastic ranges. There is, however, lack of a theory that takes into account of both the above two features owned by nanobeams. In this paper, we present such a theory and give applied examples to show that surface energy and large deflection may individually or jointly have notable effects.  相似文献   

18.
This paper deals with the mode I crack problem of a cracked rubber sheet under plane stress condition using the delicate digital moire technique. Through the four step phase-shifting method of automated fringe analysis, the displacement fields in the Cartesian coordinate system are given. By the coordinate-transform equation, the radial and circular displacement distributions in the polar coordinate system are obtained. The displacement isoline distributions and displacement vector distributions near the crack tip are discussed. The strain isoline distributions near the crack tip are also analyzed in this paper. Finally, the distribution rules for the mechanical fields near the crack tip are discussed with the sector division method.  相似文献   

19.
提出了层合板六参量的高阶剪切变形理论的位移场假定,以考虑在大变形条件下层合板法向变形和厚度的变化.同时对von Karman应变位移简化假设进行了补充修改,考虑某些有限变形条件下被忽略小量的影响,建立了对应于该文六参量模型和更加适合大变形分析的层合板几何非线性关系,平衡方程和边界条件.利用该文模型分析了橡胶复合材料简支板的大变形弯曲行为,并对比Reddy五参量几何非线性简单高阶剪切变形层合理论解和弹性解析解,证明该文模型更适合大变形和层合厚板分析.  相似文献   

20.
郭永建  姜飞  周浩  项小珍 《力学与实践》2015,37(2):193-196,237
软岩大变形工程存在因开挖卸荷导致较大的应力释放,在工程施工过程中将会产生较大变形的特点,如沿用传统的锚杆进行支护,岩体的大变形所产生的过大拉力将会造成锚杆的拉断破坏.针对软岩大变形工程存在的该类问题,介绍了一种新型的端部具有让压装置的新型压力分散型让压锚杆,并对该让压锚杆的作用机理和力学行为进行分析,得出锚固体的作用机理与传统压力分散型锚杆相比分为3个阶段,并通过试验的方式确定了该让压锚杆的让压力.这种新型让压锚杆在将锚固体压力分散的同时,实现大变形的让压,适宜在大变形工程中进行应用.  相似文献   

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