磁力式三稳态介电弹性体驱动器动力学性能分析

来源 :第十六届全国非线性振动暨第十三届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议 | 被引量 : 0次 | 上传用户:YINGWU2008
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  介电弹性体作为一种新型电活性聚合物,由于拥有质量轻、结构简单、机电转化效率高、作动安静等特点,在驱动器设计和能量采集等领域受到了广泛的关注。本文提出了一种磁力式三稳态介电弹性体驱动器工作机理,该驱动器在非线性磁力和介电弹性体薄膜拉力共同作用下拥有三个稳定状态,通过施加电压可以实现稳态间的切换。为了揭示磁力作用下的介电弹性体驱动器三稳态实现机理及动力学特性,首先研究了非线性磁力作为机械外载荷对介电弹性体机电性能的影响,基于经典的磁偶极子理论建立磁场模型,采用Ogden模型描述介电弹性体薄膜的自由能,分析了磁场分布、介电弹性体预拉伸对系统总势能的影响,揭示了该驱动器的三稳态特性;其次,引入Maxwell-Wiechert模型考虑薄膜材料的粘弹性以及非线性电场力,建立了磁力式介电弹性体机电耦合动力学模型,分析外加电场对稳态性能及动力学特性的影响,揭示了驱动器稳态转换机理。最后,基于理论分析设计了磁力式介电弹性体三稳态驱动器,验证其具有三个稳定状态,并且在2300V、2400V、2800V电压作用下可实现三个稳态之间的互相转换,同时测试了其稳态转换动力学性能,发现磁力作用下驱动器的输出位移和响应速度得到了明显提升。此外,随着外加电压的增加稳态间的动态响应越快,弹性体粘弹性的影响越小。磁力式介电弹性体三稳态驱动器作为一种新型驱动器,在机器人及能量采集等领域有着潜在的应用价值。
其他文献
本文通过预压水平弹簧实现负刚度,设计了正负刚度并联隔振器实验模型如图.1所示.首先进行了负刚度机构的负刚度特性理论分析,进一步分析了该隔振器的准零刚度特性,具体分析了参数几何参数、阻尼、预压弹簧刚度、刚度比等对系统刚度的影响.同时,开展了该隔振器的刚度实验,实验采用法码加卸载的方法测量其轴向载荷与位移的关系曲线,并拟合出加卸载的静态刚度值.加载过程中,静刚度为5.24N/mm;卸载过程中,静刚度为
本文提出一种具有高速适应性的抗蛇行油压减振器模型。该模型考虑了串联刚度,安装间隙、活塞杆质量和油液粘性阻尼特性,具有精准建模的特点,在求解油液动力粘度、体积弹性模量等参数过程中,同时考虑了温度、压力、混气百分比情况对油液动态特性的影响。以该模型为基础,分析了高速机车在服役过程中,抗蛇行减振器油封磨损导致油液泄露时对机车动力学性能的影响。通过使用VI_Rail—Simulink联合仿真的方法,使Si
通过凯恩方程对一个不可伸长的柔性悬臂梁在高斯白噪声激励下的平面运动建立了动力学微分方程,建模的过程中考虑了梁变形的几何非线性及轴向运动的惯性非线性。引入参数k对轴向惯性非线性项进行预估,应用能量平均法求解保守系统里的平均频率,再结合强非线性系统的随机平均法进行求解后通过数值模拟对参数k值进行校正获取最佳解。该方法能在保证有效精度的情况下快速高效的计算,获取较为简洁的系统幅值响应的伊藤微分方程及对应
模态耦合振动在结构场的能量转移和耗散过程中起着至关重要的的作用,对改善微机电系统的振动性能和拓宽基础物理的应用有很大的研究价值。本文通过考虑非线性模态耦合在理论上研究了反对称模态对微谐振器非线性动力学行为的影响机制。首先,利用哈密顿原理和伽辽金方法推导出高阶激振力下两阶模态振型耦合的动力学方程,同时利用摄动理论计算了小幅振动下系统的响应和稳定性。研究了激振力对系统振幅和分岔行为的影响。通过Hopf
本文设计了一种带有非线性能量汇(nonlinear energy sink)的超磁致伸缩式振动能量采集器,开展了振动控制与能量采集一体化的研究。该采集器将非线性能量汇与超磁致伸缩材料连续放置,并连接到整星系统中。将超磁致伸缩材料的本构模型耦合到系统的动力学模型中,数值计算了位移激励下系统的动力学响应,并与去掉非线性能量汇和超磁致伸缩材料的系统对比。结果 表明,该采集器能够有效减振。通过快速傅里叶变
V型悬臂梁作为一种变刚度、变截面结构,在原子力显微镜、微型能量采集器及仿生推进器中得到了广泛应用,而且该类结构通常在空气或水等粘性流体环境下工作,使得V型悬臂梁结构的流固耦合振动特性变得更为复杂。本文针对变刚度V型悬臂梁结构在粘性流体环境下的流固耦合振动问题,综合考虑V型悬臂梁结构的孔宽比、振动频率以及振动幅值,通过求解Navier-Stokes方程,推导出V型悬臂梁结构在较大振幅时的水动力学函数
俘获环境中的振动能量为微电子器件供电受到了广泛的关注.环境中的振动一般较微弱,频率分布在一个较宽的频带内,且主要是低频.为了更有效地俘获自然环境中的能量,我们设计了一种双稳态抗磁悬浮振动能量俘获器.该能量俘获器由阵列磁铁、抗磁热解石墨、发电线圈及悬浮磁铁组成,并通过悬浮磁铁在两个稳态点间的运动使发电线圈中的磁通量发生变化,从而将振动能量转化为电能.利用等效磁极法和镜像法,分别得到了阵列磁铁与悬浮磁
运用动力刚度矩阵的方法研究轴向运动Timoshenko梁在广义边界条件下的自由振动特性。利用Hamilton原理,建立运动梁的横向振动控制方程及边界条件,其动力学模型为两个形式相同、均包含有剪切变形和转动惯性的二阶常微分方程,并将其合并为一个四阶常微分方程。假设模型发生谐波振动,代入边界条件,可求得整体动力刚度矩阵,进而求得四阶常微分控制方程的精确解。利用Wittrick-Williams算法求解
建立了一维光子晶体纳米腔谐振器的非线性动力学模型,谐振器件由类高斯分布的光梯度力驱动,该模型考虑了轴向拉伸应力作用,分析了拉伸应力对谐振器非线性动力学特性的影响规律.研究表明,拉伸应力增大可以抑制刚度软化,也可以抑制刚度硬化效应,但是,同时也会使本征频率增大,并且降低谐振幅值,振幅降低对于提高谐振传感器的探测灵敏度有着不利的影响.此外,该文还分析了梁结构的长度对谐振器刚度软化和硬化效应的影响,发现
从环境振动中俘获能量取代传统电池或延长传统电池的寿命,具有可观的应用前景。但环境振动一般比较微弱,而且不仅在频域广泛分布,在方向上也并不唯一。为了获得更宽的工作频带、多向振源适应性和更高的等效压电常数,我们提出了一种结合非线性双稳态和伸张放大机理的多向宽频振动能量俘获器设计。这种设计与传统的基于压电悬臂梁的振动能量俘获器设计不同,悬臂梁不需要贴附压电片,因此,采用了可以被任意方向振源激振的细长圆梁