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基于辛本征值方法的受约束介电弹性体中褶皱不稳定性的分析
1
作者 张腾 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期209-216,共8页
辛弹性力学已广泛应用于弹性学中各种边值问题的精确解、计算表面波模式以及预测多层超弹性薄膜中的表面褶皱。本文展示了辛分析框架还可应用于受约束介电弹性体中的表面褶皱。机械和电位移向量是两个基本变量来描述介电弹性体中机械变... 辛弹性力学已广泛应用于弹性学中各种边值问题的精确解、计算表面波模式以及预测多层超弹性薄膜中的表面褶皱。本文展示了辛分析框架还可应用于受约束介电弹性体中的表面褶皱。机械和电位移向量是两个基本变量来描述介电弹性体中机械变形与电场紧密耦合。褶皱的临界电压可以通过引入基本变量的对偶变量来从辛本征值问题中解决。本文采用扩展的W-W(Wittrick-Williams)算法和精确的积分方法,准确而高效地解决制定的辛本征值问题的本征值。通过将褶皱电压和波数与有无表面能的褶皱基准结果进行比较,验证了辛分析的有效性。辛分析框架简洁且适用于其他不稳定问题,如分层电介质弹性体、磁弹性不稳定性以及层压复合结构的微观和宏观不稳定性。 展开更多
关键词 辛 介电弹性体 褶皱 本征值分析
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纳米钛酸钡对CN9021NS介电弹性体致动器介电性能的优化
2
作者 韩纪泽 何田 《特种橡胶制品》 CAS 2024年第2期1-6,共6页
将高介电材料钛酸钡颗粒(BaTiO_(3))掺入到聚氨酯-丙烯酸酯(CN9021NS)中以提高复合材料介电性能;研究了BaTiO_(3)用量对聚氨酯-丙烯酸酯介电性能的影响。结果表明,掺入BaTiO_(3)可有效提高复合材料介电常数,还可有效减小致动器能量损耗... 将高介电材料钛酸钡颗粒(BaTiO_(3))掺入到聚氨酯-丙烯酸酯(CN9021NS)中以提高复合材料介电性能;研究了BaTiO_(3)用量对聚氨酯-丙烯酸酯介电性能的影响。结果表明,掺入BaTiO_(3)可有效提高复合材料介电常数,还可有效减小致动器能量损耗;这一成果可有效提高各类软体机器人的机电性能。 展开更多
关键词 介电弹性体 聚氨酯-丙烯酸酯 纳米钛酸钡 介电性能
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纳米钛酸钡对介电弹性体材料机械性能的影响
3
作者 韩纪泽 何田 《科学技术创新》 2024年第8期54-57,共4页
介电弹性体致动器(DEAs)由于具有响应快、应变大、功耗低(mW级)和重量轻等优点,使其广泛应用于生物、医疗、探测等领域。本文使用了钛酸钡(BaTiO_(3))这一种高介电常数材料,将其掺入介电弹性体材料聚氨酯丙烯酸酯(CN9021NS)中以提高材... 介电弹性体致动器(DEAs)由于具有响应快、应变大、功耗低(mW级)和重量轻等优点,使其广泛应用于生物、医疗、探测等领域。本文使用了钛酸钡(BaTiO_(3))这一种高介电常数材料,将其掺入介电弹性体材料聚氨酯丙烯酸酯(CN9021NS)中以提高材料的介电常数,通过拉伸试验研究了不同BaTiO_(3)颗粒浓度对聚氨酯丙烯酸酯机械性能的影响。实验结果发现随着BaTiO_(3)颗粒浓度的增大,材料的杨氏模量也随之呈现出增大的趋势,当BaTiO_(3)颗粒浓度增大到一定范围时,其杨氏模量出现减小的趋势,但仍大于未掺加BaTiO_(3)颗粒的试样。 展开更多
关键词 介电弹性体致动器 机械性能 BaTiO_(3)纳米颗粒
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基于介电弹性体的风力发电机结构设计 被引量：1
4
作者 王强 马冬梅 +4 位作者 崔红娜 闫海琴 李晨光 冯毓鹏 乔晴 《科技创新与应用》 2023年第5期41-44,共4页
近些年,随着工业发展和化石燃料的消耗,环境污染问题日益凸显,开发可持续发展的绿色能源已成为世界各国的必然选择。风能是一种取之不尽的绿色能源,该文设计一种将风能转换为电能的发电机,该发电机利用新型智能材料介电弹性体来发电,发... 近些年,随着工业发展和化石燃料的消耗,环境污染问题日益凸显,开发可持续发展的绿色能源已成为世界各国的必然选择。风能是一种取之不尽的绿色能源,该文设计一种将风能转换为电能的发电机,该发电机利用新型智能材料介电弹性体来发电,发电过程中没有固体、气体等污染物的排放。与其他发电机相比,该文所述发电机具有发电量大、发电效率高的优势。该发电机的出现有助于减少化石能源的消耗,促进新能源产业的发展。 展开更多
关键词 风能 DEG 介电弹性体 发电机结构 设计
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基于介电弹性体的旋转步进柔性驱动器
5
作者 李號 赵小波 +4 位作者 肖志明 姚英邦 陶涛 梁波 鲁圣国 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2023年第2期44-49,136,共7页
为了适应未来小型自动化机器的驱动需求,设计并实现了一种基于单层介电弹性体薄膜的旋转步进柔性驱动器。相对于传统双轴拉伸装置,自制的八爪拉伸装置使介电弹性体薄膜的预拉伸更均匀。测试了不同预拉伸量下介电弹性体驱动器的最大形变... 为了适应未来小型自动化机器的驱动需求,设计并实现了一种基于单层介电弹性体薄膜的旋转步进柔性驱动器。相对于传统双轴拉伸装置,自制的八爪拉伸装置使介电弹性体薄膜的预拉伸更均匀。测试了不同预拉伸量下介电弹性体驱动器的最大形变量,确定了制作驱动单元所需的介电弹性体薄膜最佳的预拉伸量。最终通过合理的设计将棘轮机构和驱动单元相结合实现了旋转步进柔性驱动。由于介电弹性体驱动器存在迟滞现象,导致驱动器的步进频率会随着负载质量的增大而减小。通过调节驱动信号的频率,可以改变驱动器的负载能力及步进频率。试验结果表明,当驱动电压为4.53 kV,空载时驱动器步进频率最高可达2.3 Hz;负载时,最大负载为263 g,即峰值扭矩为13.15 mN·m,此时步进频率降至0.22 Hz。 展开更多
关键词 介电弹性体 棘轮机构 旋转 驱动器
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基于介电弹性体的软体机器人设计、建模与运动控制研究综述
6
作者 黄鹏 王亚午 +2 位作者 叶雯珺 吴俊东 苏春翌 《控制工程》 CSCD 北大核心 2023年第8期1389-1401,共13页
软体机器人是一个多学科交叉的新兴领域,旨在基于软质材料开发类似自然生物的多功能系统,赋予机器人强大的环境适应性、优良的运动灵活性以及高效安全的人机交互能力。介电弹性体是一种新型的软质智能材料,具有弹性模量低、变形范围大... 软体机器人是一个多学科交叉的新兴领域,旨在基于软质材料开发类似自然生物的多功能系统,赋予机器人强大的环境适应性、优良的运动灵活性以及高效安全的人机交互能力。介电弹性体是一种新型的软质智能材料,具有弹性模量低、变形范围大、能量密度高、响应速度快等优点,适合于制作软体机器人。首先,介绍几类介电弹性体软体机器人。然后,总结介电弹性体驱动器动力学建模与控制的研究进展。最后,分析介电弹性体驱动器研究当前的挑战,并展望进一步研究的机遇。 展开更多
关键词 软体机器人 介电弹性体驱动器 动力学建模 运动控制
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介电弹性体圆管的黏弹非线性动力学分析
7
作者 曾修豪 黄志龙 王惠明 《动力学与控制学报》 2023年第2期33-40,共8页
研究了考虑黏弹性情形介电弹性体(DE)圆管的非线性动力学行为.利用弹簧-黏壶模型和不可压缩材料的neo-Hookean模型,建立了考虑黏弹性的介电弹性体圆管的动力学方程.采用小扰动方法,给出了瞬时固有频率的表达式,分析了特征时间、预拉伸... 研究了考虑黏弹性情形介电弹性体(DE)圆管的非线性动力学行为.利用弹簧-黏壶模型和不可压缩材料的neo-Hookean模型,建立了考虑黏弹性的介电弹性体圆管的动力学方程.采用小扰动方法,给出了瞬时固有频率的表达式,分析了特征时间、预拉伸以及圆管的厚度等参数对瞬时固有频率的影响规律.研究了周期电压作用下的非线性振动特性.结果表明黏弹性会显著降低响应振幅,但不会影响准静态最终固有频率.在没有直流电压时,系统仅产生单一主共振,但当直流电压足够大时,会发生多频共振. 展开更多
关键词 介电弹性体 黏弹性 动力学特性 圆管 非线性
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介电弹性体驱动器在柔性机器人中的研究进展
8
作者 俞红锂 刘茜 《中国塑料》 CAS CSCD 北大核心 2023年第10期144-152,共9页
简要介绍了用于介电弹性体驱动器的不同种类材料,总结了国内外介电弹性体驱动器的不同构型研究进展,详细阐述了介电弹性体驱动器在柔性机器人领域中的应用进展。此外,还指出了在实际应用中仍然存在的问题,并展望了未来的研究前景。
关键词 介电弹性体 驱动器 柔性机器人 介电常数
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基于介电弹性体的风力发电机理及性能分析
9
作者 余国晖 陈洁 +1 位作者 李宝权 李玉麒 《现代电子技术》 2023年第1期156-161,共6页
设计并研究分析了一种基于介电弹性体发电机的新型风力发电装置,它可以从风能收集装置叶片中嵌入的介电弹性体膜中获取能量。介绍了该系统的能量采集过程,从理论上建立了风致旋转下该系统的电力学模型,然后推导了该系统在旋转运动下的... 设计并研究分析了一种基于介电弹性体发电机的新型风力发电装置,它可以从风能收集装置叶片中嵌入的介电弹性体膜中获取能量。介绍了该系统的能量采集过程,从理论上建立了风致旋转下该系统的电力学模型,然后推导了该系统在旋转运动下的输出电压和电能增量。通过测量所提出系统的输出电压和电能增量,实验验证了理论分析的可操作性。在此基础上,通过Design Expert中的响应面法分析了该系统在模拟环境下的电能增量,研究了激励参数、外内半径比、输入电压参数对能量采集的影响。结果表明,在较大的激励参数和输入电压下,系统表现出较好的能量收集性能,同时增大外内半径比也可提高系统的能量收集性能。在给定激励参数60 mm、输入电压1000 V和外内半径比为2时,实验结果表明,单个周期内的发电量可达26.61 mJ。研究结果可为介电弹性体的能量收集和发电机设计提供参考。 展开更多
关键词 介电弹性体发电机 材料发电 能量采集 数值模拟 能量转换 振动能
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自传感介电弹性体执行器的动力学设计及应用
10
作者 闫子文 罗凯 田强 《动力学与控制学报》 2023年第5期1-15,共15页
本文提出了一种传感与作动一体化的介电弹性体(DE)软执行器,可用于薄膜结构形面变形的同步测量和控制.首先,建立DE软执行器电致驱动过程的动力学模型,描述其力电耦合行为.其次,通过开展动态作动实验,辨识该动力学模型的参数.第三,分析... 本文提出了一种传感与作动一体化的介电弹性体(DE)软执行器,可用于薄膜结构形面变形的同步测量和控制.首先,建立DE软执行器电致驱动过程的动力学模型,描述其力电耦合行为.其次,通过开展动态作动实验,辨识该动力学模型的参数.第三,分析不同参数对作动器动态响应的影响,以理解其基本动力学特性.第四,建立DE软执行器自传感过程的简化电路模型,并对其电学参数与位移之间的关系进行实验标定.最后,开展平面薄膜结构的形面位移自适应调整实验,并设计相应的控制策略.实验结果表明,该DE软执行器在作动和传感方面均具有较高精度.因此,其在构建高精度空间薄膜天线方面具有较好的应用前景. 展开更多
关键词 介电弹性体 自传感 软作动器 薄膜结构 形面控制
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硅橡胶介电弹性体的研究进展
11
作者 费华峰 喻研 张志杰 《有机硅材料》 CAS 2023年第5期61-69,共9页
硅橡胶由于其机械能转化效率高、良好的耐候性、良好的剪切稳定性、低毒性、宽使用温域以及对空气湿度不敏感等因素,成为一种很有应用前景的介电弹性体材料。然而,硅橡胶的低介电常数限制了它作为介电弹性体材料的使用。本文从硅橡胶复... 硅橡胶由于其机械能转化效率高、良好的耐候性、良好的剪切稳定性、低毒性、宽使用温域以及对空气湿度不敏感等因素,成为一种很有应用前景的介电弹性体材料。然而,硅橡胶的低介电常数限制了它作为介电弹性体材料的使用。本文从硅橡胶复合材料、聚硅氧烷与其它聚合物共混、化学修饰聚硅氧烷三方面入手,综述了近些年提高硅橡胶介电弹性体介电常数的研究进展。 展开更多
关键词 硅橡胶 介电弹性体 介电常数 复合材料
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高压驱动下介电弹性体电容检测系统
12
作者 陈云鹏 赵维玮 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2023年第9期64-68,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 高压驱动 介电弹性体 电容检测 STM32 信号调理 QT
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基于电磁响应的自修复介电弹性体驱动器
13
作者 段磊 杨军 高亮 《陆军工程大学学报》 2023年第3期80-86,共7页
介电弹性体驱动器在能源、信息等高新技术领域应用广泛,但其在使用过程中不可避免地会受到机械应力,引起结构破坏,造成使用寿命缩短,而引入自修复性质将极大延长驱动器使用寿命。同时,考虑到现有单一电场驱动已无法满足现实需求,开发多... 介电弹性体驱动器在能源、信息等高新技术领域应用广泛,但其在使用过程中不可避免地会受到机械应力,引起结构破坏,造成使用寿命缩短,而引入自修复性质将极大延长驱动器使用寿命。同时,考虑到现有单一电场驱动已无法满足现实需求,开发多功能响应的自修复介电弹性体驱动器是一种有效应对方法。基于此,利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)与聚苯胺(PANI)、四氧化三铁(Fe_(3)O_(4))之间的协同效应,成功制备了一种基于电磁响应的PDMS-PANI-Fe_(3)O_(4)介电弹性体,分别研究了其聚合物稳定性、自修复性、力学性能以及驱动性能。结果表明:在200℃以下,PDMS-PANI-Fe_(3)O_(4)膜失重质量分数为0.8%,说明其具有良好的热稳定性;室温自修复48 h后,PDMS-PANI-Fe_(3)O_(4)聚合物修复完整,表明其使用寿命延长;将PDMS-PANI-Fe_(3)O_(4)弹性体加工成燕子翅膀,在磁场作用下,翅膀不断被驱动。在此电场条件下,PDMS-PANI-Fe_(3)O_(4)膜最大驱动形变为6.04%,进一步弥补单一驱动的弊端。 展开更多
关键词 自修复 介电弹性体 电磁响应 驱动器
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基于材料与结构的介电弹性体驱动性能优化研究进展
14
作者 张振 何田 《特种橡胶制品》 2023年第2期64-70,共7页
针对介电弹性体驱动性能的优化问题,详细综述了降低弹性模量和介电损耗以及提高介电常数及电击穿场强的原理和方法,并列举讨论了最新研究成果和进展;介绍了基于叠层技术的超薄多层介电弹性体、复合纤维增强的各向异性介电弹性体、柔性... 针对介电弹性体驱动性能的优化问题,详细综述了降低弹性模量和介电损耗以及提高介电常数及电击穿场强的原理和方法,并列举讨论了最新研究成果和进展;介绍了基于叠层技术的超薄多层介电弹性体、复合纤维增强的各向异性介电弹性体、柔性电极图案化和空间布局等改进工艺及结构设计;综述并总结了各项技术的最新研究进展和代表性成果,展望了介电弹性体驱动性能的优化发展趋势。 展开更多
关键词 介电弹性体 介电常数 驱动设计 性能优化 化学改性 各向异性
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介电弹性体材料机械能-电能转换特性 被引量：8
15
作者 鄂世举 朱喜林 +2 位作者 曹建波 朱黎辉 惠安峰 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期194-198,共5页
介电弹性体功能材料是具有优异性能的电场活化聚合物,可在驱动和发电两种模式下工作。依据介电弹性体薄膜材料的结构特征,分析了发电模式下介电弹性体材料发电的基本机理,即可变电容原理;建立了该材料的理论模型,得到麦克斯韦效应可作... 介电弹性体功能材料是具有优异性能的电场活化聚合物,可在驱动和发电两种模式下工作。依据介电弹性体薄膜材料的结构特征,分析了发电模式下介电弹性体材料发电的基本机理,即可变电容原理;建立了该材料的理论模型,得到麦克斯韦效应可作为压电效应处理的结果,并确定了对应压电效应的等效参数。通过仿真及实验分析了该材料的电能转换过程;分析了发电过程中电场与材料弹性回复力之间的关系,及其对发电效率的影响,确定了介电弹性体薄膜材料的发电周期过程。 展开更多
关键词 介电弹性体 发电 转换特性 仿真 实验
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介电弹性体线性驱动器研究 被引量：9
16
作者 王化明 朱剑英 +2 位作者 叶克贝 何均 游有鹏 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第7期291-296,共6页
为满足未来机电系统对新型驱动器的需求,研究菱形介电弹性体线性驱动器。在分析驱动器工作原理的基础上,通过驱动器力—位移曲线和预载荷关系的分析,确定弹性预载荷元件。驱动器通电后能迅速响应,线性位移达到21mm,弹性体面积变化率达到... 为满足未来机电系统对新型驱动器的需求,研究菱形介电弹性体线性驱动器。在分析驱动器工作原理的基础上,通过驱动器力—位移曲线和预载荷关系的分析,确定弹性预载荷元件。驱动器通电后能迅速响应,线性位移达到21mm,弹性体面积变化率达到98%;驱动器失电后能迅速退回,最终退回到初始位置。通过试验分析电压和负载对驱动器的影响,试验表明:驱动器输出位移取决于电压;负载在驱动器输出力范围内对输出位移影响不大,但会影响其运动速度。并根据驱动器的特点,指出驱动器的应用范围。 展开更多
关键词 介电弹性体 线性驱动器 预载荷 位移
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硅烷偶联剂对介电弹性体复合材料电-机转化敏感度的影响 被引量：12
17
作者 赵航 查俊伟 +3 位作者 周涛 方也 白晓飞 党智敏 《绝缘材料》 CAS 北大核心 2012年第5期1-4,8,共5页
利用硅烷偶联剂KH550、KH570对无机纳米TiO2粒子进行表面改性,经机械共混及压延成型方法制备出3种界面结构的TiO2/室温硫化硅橡胶(RTV)介电弹性体复合材料。利用FTIR及DSC研究TiO2纳米粒子的表面改性情况,并研究不同硅烷偶联剂对复合材... 利用硅烷偶联剂KH550、KH570对无机纳米TiO2粒子进行表面改性,经机械共混及压延成型方法制备出3种界面结构的TiO2/室温硫化硅橡胶(RTV)介电弹性体复合材料。利用FTIR及DSC研究TiO2纳米粒子的表面改性情况,并研究不同硅烷偶联剂对复合材料介电性能和力学性能的影响。结果表明:KH550改性TiO2掺杂的复合材料较纯TiO2或KH570改性掺杂的复合材料其功能性明显提高。采用KH550改性TiO2使得复合材料拥有更高的介电常数,更低的弹性模量,使电-机转化敏感度较未改性前提高了57.4%。 展开更多
关键词 介电弹性体 半导体陶瓷 硅橡胶 介电常数 表面改性 硅烷偶联剂
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介电弹性体驱动器柔性电极技术发展动态 被引量：10
18
作者 曹建波 任钰雪 +2 位作者 鄂世举 夏文俊 周武 《电子元件与材料》 CAS CSCD 2017年第7期9-16,共8页
对介电弹性体柔性电极相关研究进行了总结和分析。柔性电极是介电弹性体发电或驱动材料的重要组成部分,其性能直接影响介电弹性体发电机的发电效率以及驱动器的驱动性能。目前,对柔性电极的研究处于起步阶段。本文基于介电弹性体材料的... 对介电弹性体柔性电极相关研究进行了总结和分析。柔性电极是介电弹性体发电或驱动材料的重要组成部分,其性能直接影响介电弹性体发电机的发电效率以及驱动器的驱动性能。目前,对柔性电极的研究处于起步阶段。本文基于介电弹性体材料的不同用途,分析了碳基电极、碳纳米管电极等几种典型的柔性电极材料的性能、制备工艺及方法。并针对其应用条件的不同,分析了电极材料的应用领域。经过研究分析发现,柔性电极材料需要具备柔性大、导电性高这两点特性,但是目前柔性电极在柔性与导电性上不能兼具,存在贴合度不足、导电性差等问题,需要对柔性电极的材料以及制备工艺进行更加深入的研究。 展开更多
关键词 介电弹性体 柔性电极 综述 发电机 驱动器 形变率
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具有线性介电常数的Ogden型介电弹性体的本构关系和机电稳定性 被引量：13
19
作者 刘立武 孙寿华 +1 位作者 刘彦菊 冷劲松 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第2期181-192,共12页
应用多材料常数的Ogden弹性应变能函数分析了介电弹性体的力学行为,研究了介电弹性体的机电稳定性.数值结果表明,通过对材料系数(如材料常数比和电致伸缩系数等)的恰当调节可以使得介电弹性体材料或介电弹性体结构更趋稳定.这些有益于... 应用多材料常数的Ogden弹性应变能函数分析了介电弹性体的力学行为,研究了介电弹性体的机电稳定性.数值结果表明,通过对材料系数(如材料常数比和电致伸缩系数等)的恰当调节可以使得介电弹性体材料或介电弹性体结构更趋稳定.这些有益于深入理解介电弹性体的机电稳定性行为,进而设计恰当的介电弹性体器件. 展开更多
关键词 机电稳定性 介电弹性体 Ogden弹性应变能函数 线性介电常数
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拉伸模式对介电弹性体发电机性能影响的研究 被引量：5
20
作者 鄂世举 竺振才 +6 位作者 曹建波 任华林 郭壮 金建华 包辉煌 张海艇 朱喜林 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2018年第4期594-598,共5页
为探究介电弹性体发电机发电量与其拉伸变形的关系,采用单轴、纯剪切与双轴3种拉伸模式进行介电弹性体发电机发电性能的实验研究。分析了介电弹性体发电机在3种拉伸模式下电压、电容、电极涂覆面积与拉伸率的关系,实验研究了3种拉伸模... 为探究介电弹性体发电机发电量与其拉伸变形的关系,采用单轴、纯剪切与双轴3种拉伸模式进行介电弹性体发电机发电性能的实验研究。分析了介电弹性体发电机在3种拉伸模式下电压、电容、电极涂覆面积与拉伸率的关系,实验研究了3种拉伸模式下介电弹性体发电机输出电压、实际产生电能、拉力与其变形量的关系及介电弹性体的破裂极限。实验和研究结果表明,双轴拉伸模式下介电弹性体的破裂极限最大,在面积变换率大于4倍时电能出现大幅度提升,可实现介电弹性体的能量密度最大化。 展开更多
关键词 介电弹性体 单轴 纯剪切 双轴 发电
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