介電彈性體的力電行為與動態(tài)性能研究.pdf

1、在工程設(shè)計和制造中，諸如金屬和陶瓷的“硬材料”被廣泛地應用。然而，自然界的動物和植物的“機械”卻是由“軟材料”所構(gòu)成。作為一種典型的“軟材料”，介電彈性體有很多“硬材料”所不具備的優(yōu)點，如大變形能力、快速的響應速度、價格低廉、質(zhì)量輕、高能量密度。因而，介電彈性體在人工肌肉、能量回收器、柔性機器人、自適應光學儀器等方面有很大的應用前景。
　　在介電彈性體的研究中，仍然存在著一些問題亟待解決。首先，大多數(shù)的研究僅僅是對彈性體進行了靜態(tài)

2、的數(shù)值分析，而常常忽視了與時間有關(guān)的耗散行為的影響，如粘彈性變形。其次，很多分析中的電壓加載方式也不明確，很少針對介電彈性體在具體的電壓加載下的變形情況進行分析。再次，溫度作為影響介電彈性體靜態(tài)和動態(tài)性能的重要因素，常常被許多學者所忽略。最后，預拉伸雖然在靜態(tài)分析中被證明了可以提高及介電彈性體的大變形能力，但是在考慮粘彈性的動態(tài)分析中則有待進一步的研究。
　　針對這些問題，本文進行了介電彈性體的力電行為和動態(tài)性能的研究。研究了幾種

3、主要的失效模式:張力損失、拉斷、力電失穩(wěn)和電擊穿，以及由這些失效模式所決定的許用狀態(tài)域。同時，溫度作為一個變量，分別研究了它對各種失效形式和許用狀態(tài)域的影響?？紤]了一種主要的耗散現(xiàn)象—粘彈性松弛，分別研究了溫度和預拉伸對耗散型介電彈性體的動態(tài)性能的影響。這些研究結(jié)果對高性能介電彈性體驅(qū)動器的設(shè)計和制造，以及介電彈性體大變形的實現(xiàn)有很強的指導意義。
　　首先，介紹介電彈性體的基本理論知識。介紹介電彈性體作為驅(qū)動器和能量回收裝置的基本

4、工作原理。歸納常見的自由能表達式以及相對介電常數(shù)表達式。分別在平衡熱動力學和非平衡熱動力學的框架內(nèi)，歸納狀態(tài)方程的推導方法。總結(jié)介電彈性體的耗散過程，并著重介紹粘彈性松弛和流變模型。
　　然后，研究溫度對力電行為的影響。求出四種失效模式（張力損失、拉斷、力電失穩(wěn)和電擊穿）的特定方程，得到許用狀態(tài)域。并分別分析溫度變化對于失效模式和許用狀態(tài)域的影響。此外，研究由力電失穩(wěn)導致的電擊穿失效現(xiàn)象，并分析溫度對此現(xiàn)象的影響。
　　另外