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现代电子技术 2022年第15期45卷 157-163页

作者：孙杰赵娟卢凯文青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520

针对介电弹性体(DE)非线性、可逆性变形、拉伸模式和预拉伸率对电致变形影响复杂等方面的问题,对介电弹性体的机电耦合性能进行试验探究和数值模拟。首先对DE薄膜进行单轴拉伸试验,根据其应力⁃应变曲线,运用Matlab软件进行模型数据拟合... 详细信息

针对介电弹性体(DE)非线性、可逆性变形、拉伸模式和预拉伸率对电致变形影响复杂等方面的问题,对介电弹性体的机电耦合性能进行试验探究和数值模拟。首先对DE薄膜进行单轴拉伸试验,根据其应力⁃应变曲线,运用Matlab软件进行模型数据拟合,选定超弹性模型获得模型参数;然后基于DE电致变形的工作原理,推导其机电耦合本构方程,在不同拉伸模式和拉伸率下进行电致变形的数值仿真,分析讨论了材料拉伸模式和预拉伸率与电致变形的关系;最后进行DE薄膜稳定性分析,并绘制了材料的安全许用区域。结果表明,预拉伸可以显著降低驱动电压,提高电致变形面积,等双轴预拉伸薄膜的变形效果最好,同时在λ=4时薄膜对应驱动电压有最小值,为驱动器的设计提供了理论基础。

关键词：介电弹性体驱动器电致变形单轴拉伸力学特性数值仿真许用区域模型拟合

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电活性介电弹性体的本构理论和稳定性研究进展

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中国科学：技术科学 2015年第5期45卷 450-463页

作者：刘立武李金嵘吕雄飞李丰丰刘彦菊冷劲松哈尔滨工业大学航天科学与力学系哈尔滨150001 哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150080

电活性聚合物在外加电场诱导下能够改变形状或体积,不施加电场时,它又能恢复到原来的形状或体积,具有特殊的力学及电学性能.介电弹性体是制造驱动器、传感器、振动器和能量收集器等转换器的最有潜力电活性聚合物材料之一,在人工肌肉、... 详细信息

电活性聚合物在外加电场诱导下能够改变形状或体积,不施加电场时,它又能恢复到原来的形状或体积,具有特殊的力学及电学性能.介电弹性体是制造驱动器、传感器、振动器和能量收集器等转换器的最有潜力电活性聚合物材料之一,在人工肌肉、智能仿生、航空航天、机械、生物等领域都有广泛的应用潜力.本文首先简要综述了介电弹性体及其应用,然后重点介绍了介电弹性体EAP材料的理论研究进展,其中包括本构关系、机电稳定性、突跳稳定性、超大电致变形机理、许用区域描绘及其应用器件的失效分析.本文最后对介电弹性体电致活性聚合物软质材料相关研究进行了展望.

关键词：介电弹性体本构理论大变形稳定性许用区域应用器件失效

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基于介电弹性体智能软材料的能量收集理论研究与器件设计

基于介电弹性体智能软材料的能量收集理论研究与器件设计

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作者：吕雄飞哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

长期以来，关于材料的科学研究大多集中于硬材料领域。但是随着社会的发展，传统的硬质材料已经不能满足社会生产和日常生活的很多需求。我们知道，自然界中动、植物等生物体的主要结构大多属于软材料。与传统的金属、陶瓷等硬材料相比... 详细信息

长期以来，关于材料的科学研究大多集中于硬材料领域。但是随着社会的发展，传统的硬质材料已经不能满足社会生产和日常生活的很多需求。我们知道，自然界中动、植物等生物体的主要结构大多属于软材料。与传统的金属、陶瓷等硬材料相比，软材料有其巨大的优越性。介电弹性体属于一种典型的软材料，它具有大变形、轻质量、高响应速率、高弹性能密度、价格低廉、易加工制造和良好的生物亲和性等优点。介电弹性体最初由美国斯坦福研究院从90年代开始研究，它能够在机械力和电场作用下产生大变形，实现机械能与电能之间的相互转换。利用这一性质，介电弹性体被广泛应用于制造驱动器、传感器与能量收集器等器件，其在机械、医疗、军工、航天等领域均具有巨大的应用前景。本文利用介电弹性体可以将机械能转换为电能这一性质，研究了其能量收集理论并进行了能量收集器的设计与组装。首先从软材料的力学角度着手，阐述基于热力学框架与连续介质力学模型的介电弹性体理论，从理论与试验两方面分析了Gent模型与Neo-Hookean模型两种不同的超弹性材料模型对于其本构关系的影响。其次，根据介电弹性体的五种失效模式推导了其失效时的控制方程，利用控制方程在力—位移与电压—电荷平面描绘了许用区域，随后在力—位移平面下计算了理论最大可转换能量;在电压—电荷平面下计算了最大可实现转换能量。再次，对于能量收集过程中的能量耗散效应展开了分析，考虑了粘弹性与泄露电流两种情况，其中粘弹性行为可以损耗掉输入的机械能，而泄露电流则可以损耗掉输出的电能，二者是能量收集过程中能量耗散的主要因素。最后设计并组装了一款能量收集器，它可以利用海浪的起伏对介电弹性体产生压缩，将机械能转化为电能。通过设计的能量收集电路，利用转换的电能使发光二极管发亮，从而直观的观察到了所转换的电能;并计算了每一循环所输出的能量。

关键词：介电弹性体能量收集许用区域能量耗散

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