介电弹性体材料研究现状综述

针对目前介电弹性体材料的相关研究进展及存在的问题,在分析介电弹性体特性的基础上,根据其不同种类,研究了硅橡胶、聚氨酯、丙烯酸等材料及复合材料的性质及制备方法;根据介电弹性体的不同用途,分析了近些年其在发电、仿生学、生物医学、光学器件、微系统、航天航空方面的具体应用及其未来发展趋势,并总结了介电弹性体在未来应用中存在薄膜制备、柔性电极材料覆盖绝缘、偏置高压电源限制、降低能量损耗和提高机电转换效率等相关问题,针对这些问题提出了相应的建议及未来发展思路。研究结果表明,介电弹性体具有很广阔的应用前景,但是目前还存在很多技术难点,在弹性体基体材料构成、柔性电极材料优化、自偏置发电、效率优化等方面还要进行更为深入的研究。     

球壳形介电弹性体驱动器电致应变特性分析

介电弹性体是电场型电活性聚合物的一种,能够在外加电场的作用下,通过材料内部结构的改变发生伸缩、弯曲、束紧或膨胀等变形,人为控制电压的大小,精确控制变形.基于Neo-Hookean应变能模型,采用ABAQUS有限元软件,开展了材质为丙烯酸聚合物的球壳形介电弹性体驱动器在机电载荷作用下的力学性能有限元模拟,分别分析了无机械预拉伸和有机械预拉伸条件下电致应变特性,进行了球壳形介电弹性体驱动器机电耦合特性的有限元仿真分析,为球壳状介电弹性体驱动器的力电特性、变形失效、稳定性的进一步研究提供了一定的理论依据.     

潜艇浮筏隔振系统的控制研究

为带有电流变阻尼器的双层浮筏隔振系统设计了一种半主动模糊滑模控制器。根据滑模运动方程稳定的Hurwitz判据选择了滑模面系数,并根据滑模到达条件设计了半主动模糊滑模控制器。仿真分析了浮筏隔振系统在扫频激励信号下的力传递率及双频激励信号下输入力和输出力的曲线。仿真结果表明：半主动模糊滑模控制下浮筏隔振系统的减振效果要远好于最优被动阻尼系统。     

半主动控制浮筏隔振系统的开关算法与仿真研究

为解决船舶动力系统的隔振等问题,将浮筏隔振技术应用到船舶动力系统的隔振中。针对半主动控制浮筏隔振的三自由度系统,通过研究半主动控制浮筏隔振系统的开关控制算法,给出了两种开关控制算法。在建立了两种半主动开关控制浮筏隔振系统的仿真模型的基础上,实现了半主动控制浮筏隔振系统基础加速度响应的仿真分析。研究了半主动控制浮筏隔振系统在这两种开关控制算法控制下,不同的激振频率对基础加速度的影响。最后,讨论了两种算法对提高浮筏隔振系统隔振效果的有效性。研究结果表明,两种开关控制算法下的半主动控制浮筏隔振系统在不同的激振频率时,基础加速度幅值有一定的衰减。     

介电弹性体研究前沿及其演化的可视化分析

针对目前介电弹性体材料的相关研究进展问题,运用信息可视化技术对近十年的相关文献进行了研究。以"dielectric elastomer"为主题词对Web of Science的SCI核心数据库进行了检索,利用CiteSpace信息可视化软件对数据进行了计量分析,对介电弹性体文献-共引网络图谱和文献-突现词共引混合图谱进行了绘制,对介电弹性体研究演进进行了梳理,对介电弹性体研究的前沿热点进行了归纳。归纳结果表明:介电弹性体材料领域正处于大发展时期,中美两国在该领域的科研投入较多,得到了3篇有显著影响力的关键节点文献,对介电弹性体材料在组成、性能和方法这3个方面的研究具有重要的意义。     

介电弹性体机电性能测试系统的研制

为了能更安全高效地测试介电弹性体的变形和应变,建立了一种介电弹性体机电性能测试系统。首先设计双向材料预拉伸机构,实现对介电弹性体薄膜进行精确的双向预拉伸,接着使用AVR单片机编写的PWM程序给介电弹性体中心的圆形电极区域逐步施加高电压,再使用高性能工业数字摄像机对介电弹性体薄膜的变化进行实时采集。最后用MATLAB编写的程序分别打开各次采集的图像,对所采集图像进行诸如灰度图、二值化、边缘提取、形态学处理等加工,获得介电弹性体中心的圆形电极区域图像面积的变化量,从而得到介电弹性体的机电特性曲线。     

潜艇浮筏隔振系统的半主动模糊滑模控制

对带有电流变液智能阻尼器的双层浮筏隔振系统设计一种半主动静态输出反馈模糊滑模控制器.根据滑模运动方程稳定的Hurwitz判据选择滑模面矩阵.根据滑模到达条件及可控屈服阻尼力对隔振系统做负功原理设计半主动输出反馈模糊滑模控制器.仿真分析浮筏隔振系统在扫频激励信号下的力传递率及在双频激励信号下的输入力和输出力曲线.仿真结果表明,半主动输出反馈模糊滑模控制下的浮筏隔振系统的减振效果要远好于最优被动阻尼系统.     

介电弹性体发电的基本原理及在分布式发电中的应用

论述介电弹性体发电的基本原理、目前的研究情况及应用前景.作为发电材料,介电弹性体与其他发电材料比较,其具有材料价格便宜、容易制造且质地柔顺,特别适合于诸如利用风及海浪等大动作进行发电的场合.     

自供能电流变弹性体减振器的设计与特性分析

新型智能材料电流变弹性体是电流变材料的衍生体,兼有电流变液和弹性体的优点,在主被动的振动控制领域中有着极大的应用前景。基于电流变弹性体的刚度和阻尼可电控调节的特性以及压电陶瓷的正压电效应,研制一种基于D33挤压模式的压电自供能电流变弹性体减振器,并对其在不同激励和场强下的振动响应特性进行实验分析。试验数据表明相比无场强条件下,在压电供电和1 000 V恒压的条件下能有效增大电流变弹性体结构阻尼,改变减振器振动响应谱峰值的频率和幅值,提高系统的隔振效果。     

半主动控制浮筏隔振系统抗冲击特性的试验研究

针对水下舰艇内部设备的抗冲击问题,对安装开关可控阻尼器的半主动控制浮筏隔振系统的抗冲击特性进行了试验研究,搭建了半主动控制浮筏隔振系统的试验装置,在试验装置的基础上施加冲击激励,测试可控阻尼器分别处于高、低阻尼状态下的基础和机组的加速度响应,并通过对比分析了可控阻尼器处于不同阻尼状态时,半主动控制浮筏隔振系统抗冲击特性的差异。试验结果表明:半主动控制浮筏隔振系统具有良好的抗冲击特性;可控阻尼器处于低阻尼状态时,机组加速度响应的最大峰值较小;可控阻尼器处于高阻尼状态时,机组加速度响应的衰减较快;通过改变可控阻尼器的阻尼状态,可以进一步优化其抗冲击特性。     

磁流变弹性体变刚度隔振系统的设计与仿真分析

磁流变弹性体兼有磁流变液和弹性体的优点,其剪切模量可由外加磁场控制,在振动控制等方面具有广阔的应用前景。现有的隔振系统中隔振器刚度一般都是固定值,这使系统的隔振效果有局限性,对较低频率振动,尤其是共振时的隔离效果很差。提出了将可调刚度的磁流变弹性体隔振器用于隔振系统中．通过改变隔振器的线圈电流大小来控制磁流变弹性体的剪切模量,进而调整隔振系统的刚度,使系统获得更宽的隔振频率范围。设计了隔振器的结构,基于SimuLink软件对系统的隔振效果进行仿真分析．表明了设计的有效性．     

基于介电弹性体驱动的仿生象鼻软体驱动器设计分析

在软体机器人的发展过程中,软体驱动器结构简单化、轻量化设计一直是研究热点。受到象鼻结构与驱动原理的启发,设计了一种基于介电弹性体和多孔PDMS材料的仿生软体驱动器。首先对介电弹性体人工肌肉驱动机理进行了分析,并通过驱动变形实验确定了最大形变参数;然后设计了基于多孔PDMS材料的支撑脊柱结构,并通过压缩实验测试了力学性能;最后,通过将介电弹性体包覆在支撑脊柱外层,形成了具有圆柱结构的仿生软体驱动器。驱动实验结果表明,软体驱动器在电压激励下能够获得大角度(最大42°)连续稳定弯曲变形以及较快的响应速度。     

高压驱动下介电弹性体电容检测系统北大核心CSCD

介电弹性体通常需要在kV级电压下驱动,但由于高压的存在,其驱动过程中的电容难以测量。对此,文中设计了一种高压驱动下介电弹性体电容的检测系统。系统以STM32F4为开发平台,硬件部分包括信号发生电路、差分采集电路和信号调理电路,单片机将硬件电路采集到的电压信号经过电容转换算法求得电容值后,通过串口通信协议传输给上位机。上位机由QT软件设计,能够实时显示电容数据并进行保存。经过实验测试,检测系统采集到的电容值与介电弹性体实际电容值误差小于3%,且具有良好的稳定性,为介电弹性体驱感一体化提供了技术支持。     

纯剪切模式介电弹性体发电机发电特性

为研究介电弹性体发电机的发电特性,基于COMSOL有限元软件建立了在纯剪切拉伸方式下的介电弹性体发电机有限元仿真机电耦合模型。该模型基于Yeoh超弹性材料本构,同时耦合发电机膜内静电力,根据可变电容理论对发电机电容变化及发电效果进行研究。设计了可Y向预拉伸的纯剪切拉伸装置,并在不同预拉伸条件下对发电机薄膜样本进行了拉伸实验,分析了其电容变化及发电效果。对比了仿真数据与实验结果,仿真模型的电容变化与实验测得的电容变化情况基本吻合,仿真模型一个周期内的输出电压变化与实验测得的电压变化基本吻合。实验及仿真结果表明,在相同的拉伸条件下,Y向预拉伸增大了初始电容及电容变化速率,且当Y向预拉伸λ=1时的上升电压为83V,而λ=2时的上升电压达到252V,改善了发电性能。本文提出的介电弹性体发电机新的研究方法为发电机样机设计提供了新的思路。     

比例溢流阀式半主动减振器的建模与仿真

采用半主动隔振系统可以有效衰减低频振动,降低振动物体的振动幅值.半主动减振器是半主动悬挂系统中的核心部件.根据流体力学理论和多体力学理论,按照半主动减振器的本构关系,建立了半主动减振器的仿真模型.通过数值仿真的方法研究了半主动减振器的出力特性,给出了半主动减振器的耗能曲线,并分析了影响半主动减振器性能的主要影响因素及其...     

介电弹性材料驱动器的力电耦合机理及稳定性研究

正介电弹性体(Dielectric elastomer,DE)是一种具有广泛应用前景的新型功能材料,其特点是能够在外界的电激励下产生快速大变形的行为,因此可应用于各种智能驱动器结构中。鉴于目前对该材料的力电耦合性能缺乏深入的理论研究,导致实际应用中对于材料的失效规律难以掌握及控制,限制了其在工程中的推广和使用。因此,本文以DE材料为主要研究对象,着重分析其力电耦合下的机理和稳定性特性。本文首先对DE材料驱动器的变形机理进行了定性解释,然后通过热力学理论构建了材料在能量转化中的本构关系,通过Gent模型和极化模型,得到了DE材料驱动器的非线性控制方程,通过具体的理论模型,分析和讨论了DE材料在力电耦合中的吸合和突跳失稳行为。     

船舶设备半主动单层隔振系统传递特性分析

为了提高船舶动力设备单层隔振系统的隔振性能,研究半主动磁流变(magnetorheological,简称MR)阻尼器和基础质量对系统传递特性的影响规律,采用通过试验验证的改进的Bingham模型描述MR阻尼器的力学特性,建立考虑基础质量影响的二自由度无约束隔振系统的动力学模型。通过平均法得到了隔振系统主共振时的解析解,并通过数值方法验证了理论解的正确性。以力传递率为评价指标,研究了半主动隔振系统主要参数对系统主共振的影响。结果表明:基础质量增加可降低系统的固有频率及隔振区域的减振效果;MR阻尼器控制力和零力速度的增加可提升隔振性能;MR阻尼器的阻尼增加可提高共振区域的隔振效果,但降低了隔振区域的隔振效果。     

Fuzzy-PID切换控制在磁流变半主动悬置系统中的应用

建立了一种新型动力总成磁流变悬置的动力学模型,并对其进行动态特性试验。通过数值拟合方法对试验数据进行拟合,得到了电流与可控阻尼力的关系式,为磁流变悬置的控制应用提供了理论模型。考虑车辆悬架系统的等效刚度和阻尼,建立了磁流变半主动悬置系统模型。设计了磁流变半主动悬置Fuzzy-PID切换控制系统,对不同工况下磁流变半主动悬置系统的隔振特性进行了仿真研究,结果表明应用Fuzzy-PID切换控制的磁流变半主动悬置系统具有良好的隔振效果。     

用于原子干涉重力仪的隔振平台模型辨识及验证

负刚度隔振平台广泛应用于原子干涉重力仪等量子精密测量设备,其低频性能和环境自适应能力对设备性能影响较 大,为此本文对典型商用负刚度隔振平台进行了半主动改造,以进一步增强隔振平台综合性能。 首先从理论上对力-位移关系 做了简要分析,着重探讨了负刚度特性和承载能力的决定因素;然后建立并分析了系统运动模型,分别在时域和频域对模型参 数做了精准辨识,根据测试结果对半主动隔振做了仿真分析,并采用贝叶斯优化算法快速找到最优控制参数;最后在真实系统 上进一步验证了该方案,结果表明半主动隔振可将系统的低频共振峰衰减 357 倍,系统在低于 0. 3 Hz 和高于 8 Hz 的频段能起 到良好的隔振效果,超低频隔振性能有显著提升,文中所提方案可广泛应用于量子精密测量相关隔振设备。     

新型电致活化材料—介电弹性体的驱动特性研究

为解决微型致动器、人造肌肉、仿生机器人等新型科技研究领域短缺问题,将电活性聚合物材料—介电弹性体应用于新型驱动器研究中,开展了对弹性体材料驱动特性的相关分析.通过实验研究了影响E-ACE材料激活区(电极涂层区域)面积应变的主要因素,以寻找激活区面积应变和这些影响因素之间的关系,进而根据它们之间的关系确定能获得所需激活区...