【摘 要】
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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
【机 构】
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上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室,上海200240
【出 处】
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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
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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。
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