介電彈性體共存態(tài)分析.pdf

1、近十年來，介電彈性體受到學(xué)術(shù)界與工業(yè)生產(chǎn)范圍的廣泛關(guān)注，越來越多的學(xué)術(shù)研究與發(fā)現(xiàn)使人們對其產(chǎn)生無限遐想與期望。介電高彈聚合物可被加工成力電轉(zhuǎn)換器，被廣泛應(yīng)用在科學(xué)研究中,包括柔性機(jī)器人、智能光學(xué)器件、盲文顯示屏、發(fā)電機(jī)等，其具有質(zhì)量小、應(yīng)變大、響應(yīng)快、韌性高、能效高等優(yōu)秀的力學(xué)性能。該力電能量轉(zhuǎn)換器的核心部分是上下表面附著有柔順電極的介電彈性體薄膜，受電壓作用，薄膜的厚度減小而表面積擴(kuò)大，進(jìn)而完成電能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換。其在電場作用下的

2、變形屬非線性大變形，在一定的條件下，介電彈性體受到外加載荷與電壓的共同作用,會發(fā)生力電相變現(xiàn)象。介電彈性體薄膜變形為兩個區(qū)域的混合，在一種狀態(tài)下，膜厚而面積小，另一種狀態(tài)下，膜薄而面積大，在特定的電壓，這兩種狀態(tài)可以共存，從而薄膜的部分區(qū)域處于厚狀態(tài)，另一部分區(qū)域處于薄狀態(tài)，厚狀態(tài)區(qū)域約束住了薄狀態(tài)區(qū)域，導(dǎo)致薄狀態(tài)區(qū)域為了容納更大的面積而產(chǎn)生褶皺。本文的研究內(nèi)容包括
　?。?）文中建立了圓形介電彈性體薄膜在外加電場及外載荷共同作用

3、下的面內(nèi)均勻大變形的數(shù)學(xué)模型，基于可變形電介質(zhì)的非線性場理論，選用理想介電彈性體模型，結(jié)合熱力學(xué)分析方法，得到了描述彈性體薄膜面內(nèi)均勻大變形的控制方程，通過對控制方程的求解，得到外加電壓，外載荷和彈性體薄膜徑向拉伸比等變量之間的關(guān)系曲線。
　?。?）通過對介電彈性體薄膜受力電外載作用時，其均勻變形的研究分析，可以看到彈性體薄膜在受到一定的外加電壓與外載荷作用下，薄膜會分化為兩個變形程度不同的區(qū)域，即薄膜發(fā)生力電相變。運(yùn)用能量法，結(jié)

4、合狀態(tài)平衡和熱力學(xué)，推導(dǎo)得到了描述薄膜共存態(tài)的控制方程，進(jìn)行求解得到了薄膜發(fā)生力電相變的臨界加載條件，給出了外加電壓，外載荷，徑向拉伸比和薄膜電荷密度的關(guān)系曲線。
　?。?）就介電彈性體薄膜的力電能量轉(zhuǎn)換與其正常工作的加載區(qū)間進(jìn)行了有益的探討。介電彈性體作動器是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實現(xiàn)作動功能，相反的，介電彈性體俘能器是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)發(fā)電的功能。本文討論了一個可逆的介電彈性體薄膜經(jīng)歷力電相變的能量轉(zhuǎn)換循環(huán)，運(yùn)用可變形電介