非线性电活性绝缘弹胶物DE的应变能模型材料常数

应用Mooney-Rivlin、Yeoh和Ogden应变能模型研究DE材料驱动建模。首先根据单轴拉伸实验数据,分析文献中的材料常数和本文DE材料的适合程度,发现文献中的材料常数均不适合本试验中的绝缘弹胶物(DE)材料变形特性;进一步根据试验数据及理论模型回归分析求出适合本试验变形范围内的DE材料的材料常数。结果表明,Mooney-Rivlin模型不能很好地反映非线性特征,Yeoh和4参数及6参数的Ogden模型均能反映DE材料的非线性特征。     

基于应变能模型的电活性弹胶物平面机电驱动特性

利用前期工作由单轴拉伸实验获取并验证的材料常数,进一步研究Mooney-Rivlin、Ogden和Yeoh三种应变能模型在绝缘弹胶物(DE)材料的平面机电响应建模。根据实际试验中的平面双向预拉伸、两面加电场的边界条件,确定机电驱动模型,根据在一系列预拉伸值下进行的系列平面机电驱动试验,研究材料常数的合理性和机电驱动模型的可行性。研究结果表明,4参数、6参数的Ogden模型及Yeoh模型均可反映DE材料的机电响应特性;模型参数合理可行;Mooney-Rivlin模型不适合DE材料的机电驱动。     

High‐Strain Actuator Materials Based on Dielectric Elastomers

Dielectric elastomers are a new class of actuator materials that exhibit excellent performance. The principle of operation, as well as methods to fabricate and test these elastomers, is summarized here. The Figure is a sketch of an elastomer film (light gray) stretched on a frame (black) and patterned with an electrode (mid‐gray). Upon applying a voltage, the active portion of the elastomer expands and the strain can easily be measured optically.     

介电弹性材料电致动变形及失效规律实验研究

介电弹性功能材料(简称DE)是一种新型智能材料,可在电压驱动下产生厚度与面积变形。为了掌握其在电场作用下的变形以及失效规律,本文通过实验方法研究了在不同的预拉伸量、电极特性、电压频率等条件下,DE材料在电场作用下产生变形的最小电压以及发生电击穿时的失效电压的规律,并对实验现象进行了分析和解释,给出了DE材料维持正常工作的条件,为DE材料的工程应用提供了相应的准则。     

预拉伸电活性绝缘弹性薄膜的机电驱动特性实验及分析

电活性聚合物是一类接近动物皮肤的驱动材料,在微小型机电系统、仿生机器人、柔性装置、功能结构等方面具有很大的应用潜力。绝缘弹性薄膜是其中的一类,驱动特性为大应变、低应力、快响应和高效率。文中从绝缘弹性薄膜HN1110的单向拉伸实验获取的实验数据,回归出材料特性参数;然后在平面双向预拉伸后进行高压驱动试验,获得基本的机电驱动特性数据;最后利用Mooney-Rivlin,Yeoh和Ogden三种模型研究其机电响应特性,依据试验结果对三种模型在变形范围、预拉伸量和模型特性等方面进行了分析和评价。     

Dielectric Elastomers in Actuator Technology

Electroactive polymers (EAPs) are characterized by their ability to respond to external electric stimulation by displaying a significant shape or size displacement. Actuators, based on dielectric elastomers exhibiting low elastic stiffness and high dielectric constants, can produce high strain levels from 10 to 380 %. Typically, acrylic and silicone materials are used as dielectric layer in such actuators. Their potential to mimic the movement of animals, insects and even human body parts are increasingly of interest for researchers in the field of biomimetics, as well as more classical application fields like robotics. The control of the most important material properties, elastic moduli and dielectric constants of the dielectric elastomers and electrode materials, together with the control of fabrication parameters i.e. film thickness, electrode manufacturing as well as design of the actuator configuration allow the fabrication of tailor‐made actuators, which match the necessary requirements for a given application. Theoretical models contribute to a deeper understanding of EAP actuators and improve design and optimisation.     

机敏杆压电扭转驱动器／传感器优化布置

提出一种由薄壁杆、压电扭转驱动器、压电传感器组成的机敏杆,针对机敏杆扭转振动控制中驱动器/传感器优化配置问题,对机敏杆的扭转振动进行了深入的研究,采用拉格朗日方程和假设模态法推导了机敏杆系统的动力学方程,建立了系统的状态空间表达式.将机敏杆划分为若干个位置单元,选取主动控制器的最大耗能作为优化准则,运用遗传算法获得了压电扭转驱动器/传感器的最佳配置位置及最优反馈增益.结果表明:所获得的最优位置、反馈增益是合理的,将驱动器/传感器同位配置在最优位置并实施相应的闭环最优控制,主动控制器的耗能最大,并能有效抑制机敏杆的扭转振动.