管状介电薄膜弹簧系统的力学响应分析

发布时间：2017-11-08 02:36

  本文关键词：管状介电薄膜弹簧系统的力学响应分析

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【摘要】：电活性聚合物材料是一种新型高分子聚合物材料,材质主要为橡胶、凝胶等绝缘物质。电活性聚合物具有极佳的柔韧性且质地轻便,通电时能弯曲或拉伸,不易破碎,可用来模拟人体肌肉的活动。同时,电活性聚合物材料可以广泛的运用在作动器、发电机的制备领域。因为电活性聚合物材料可以实现电能和机械能的之间的互相转换。由电活性聚合物材料制备的发电机、作动器等装置具有质量轻、响应速度快、形变量大、可靠性强等优点,故在发电、摄像设备、航空航天、机器人等领域将有广阔的应用前景。为了实现电活性聚合物材料的力电转换,现阶段研究较多的是介电弹性体换能器,其核心部分是由在薄膜状电活性聚合物材料两侧涂抹有柔性导电物质所组成的三明治结构。在服役状态,上下表面施加电压,此时电活性聚合物材料将减小厚度而增大面积,实现作动,将电能转化为机械能;反之,则可实现机械能向电能的转化。通过以上两种特性,我们可以将介电弹性体用在作动器、发电机的制备中。本文的主要研究工作包括:(1)对一管状介电薄膜、弹簧所组成系统的力电大变形响应开展了研究。文中建立了管状介电薄膜弹簧系统在外加力和电压作用时的力学模型,根据电介质形变的非线性场理论,结合热力学的分析方法,得到了计算薄膜面外大变形的控制方程,运用打靶法对控制方程进行了数值求解,得到了各物理量的分布规律。结果表明,施加的电压、弹簧的原始长度与弹簧的刚度系数对介电薄膜的力电响应有显著影响,可以通过调节电压及弹簧参数,对介电薄膜的变形进行控制。(2)对管状介电薄膜-弹簧系统在不同预拉伸情况下的力学响应进行了分析。研究了不同环向预拉伸对管状介电薄膜变形后的轮廓、位移输出以及失效极限的影响效应。研究结果将对管状介电薄膜-弹簧系统的优化设计及提高管状介电薄膜-弹簧系统的工作效率提供理论上的支撑。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ317;TB383.2

【参考文献】

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本文编号：1155260