介电弹性体智能材料力电耦合性能及其应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1介电弹性体材料及其基本特性 3

1.1.1 DE材料聚合物薄膜 4

1.1.2 DE材料的柔性电极 6

1.2 DE材料的研究进展 8

1.2.1新型DE材料研发的进展 8

1.2.2 DE材料电致变形性能的研究进展 10

1.2.3 DE材料变形机理的研究进展 13

1.2.4 DE材料力电耦合理论研究进展 14

1.3 DE材料的发展前景 16

参考文献 18

第2章DE材料电致变形力电耦合模型及稳定性 22

2.1 DE材料力电耦合模型发展历程 22

2.2基于热力学理论的DE材料电致变形力电耦合模型 24

2.2.1基于DE材料的平面驱动器热力学模型 24

2.2.2 DE材料应变能模型 27

2.3 DE材料力电耦合变形的稳定性 29

2.3.1 DE材料的失稳现象 29

2.3.2 DE材料失稳机理 33

2.3.3非线性极化对突跳失稳的影响 37

2.4 DE材料力电耦合失稳现象的利用 42

2.4.1突跳失稳的利用 42

2.4.2凹坑失稳的利用 43

2.5本章小结 45

参考文献 46

第3章DE材料的基本力电性能 49

3.1 DE材料的力电性能实验方法概述 49

3.1.1 DE材料介电性能测试的实验仪器及方法 49

3.1.2 DE材料力学性能测试的实验仪器及方法 51

3.2频率对DE材料力电特性的影响 53

3.2.1频率对DE材料介电性能的影响 53

3.2.2频率对DE材料力学性能的影响 56

3.3温度对DE材料力电特性的影响 57

3.3.1温度对DE材料介电性能的影响 57

3.3.2温度对DE材料力学性能的影响 60

3.4预拉伸对DE材料力电特性的影响 62

3.4.1预拉伸对DE材料介电性能的影响 62

3.4.2预拉伸对DE材料力学性能的影响 64

3.5 DE材料的力电耦合效率 64

3.5.1 DE材料的应变系数 64

3.5.2 DE材料的机械效率 66

3.5.3 DE材料的电效率 68

3.5.4 DE材料的力电耦合效率 69

3.6 DE材料的电荷泄漏性能 70

3.7本章小结 76

参考文献 77

第4章 预拉伸对DE材料力电耦合特性影响的分析 80

4.1预拉伸对固体电介质极化的影响 80

4.1.1极化的微观机理和表达 80

4.1.2极化内微观电场和宏观电场的关系 81

4.2高分子聚合物材料的制约取向极化行为 84

4.2.1制约取向极化现象 84

4.2.2 DE材料制约取向极化数学模型 85

4.2.3预拉伸对取向极化的影响 87

4.3预拉伸对力电耦合变形和稳定性的影响 88

4.3.1考虑制约取向极化的DE材料本构关系 88

4.3.2预拉伸对电致变形与稳定性的影响 89

4.4预拉伸对DE材料力学性能及力电耦合行为的影响 91

4.5预拉伸的实现技术 93

4.5.1机械预拉伸技术 93

4.5.2双网络互穿聚合物的预拉伸技术 95

4.6本章小结 96

参考文献 96

第5章 温度对DE材料力电耦合特性影响分析 98

5.1温度对DE材料力电耦合特性的实验研究 98

5.1.1实验平台及试件 98

5.1.2 DE材料力电耦合特性实验结果 100

5.2 DE材料热-力-电耦合理论模型 101

5.2.1 DE材料的热-力-电的自由能模型 101

5.2.2 DE材料热-力-电耦合本构方程 102

5.3温度对DE材料力电耦合稳定性的影响 104

5.3.1温度对力电失稳的影响 105

5.3.2温度对失去张力失稳现象的影响 106

5.3.3温度对电击穿失效的影响 107

5.3.4温度对材料机械强度极限的影响 110

5.3.5稳定性区域 110

5.4温度及预拉伸对DE材料力电耦合性能的影响 112

5.4.1温度及预拉伸变形对DE材料介电常数的影响 112

5.4.2温度及预拉伸变形影响下的DE材料力电耦合特性 113

5.5本章小结 117

参考文献 117

第6章DE材料的黏弹性及其对性能的影响分析 119

6.1黏弹性DE的力电耦合模型 119

6.2黏弹性对DE材料预拉伸作用的影响 123

6.2.1黏弹性引起的DE材料松弛变形对预拉伸作用的影响 123

6.2.2黏弹性对预拉伸后DE材料介电强度的影响 123

6.2.3黏弹性对预拉伸后DE材料力电耦合失稳的影响 125

6.3直流电压下DE材料的蠕变行为及其抑制方法 127

6.4交流电压下的DE材料的蠕变行为及其抑制方法 130

6.4.1控制方程的建立 130

6.4.2数值计算结果和讨论 132

6.5本章小结 137

参考文献 137

第7章DE材料的动态特性分析 139

7.1 DE材料驱动器的动力学建模方法 139

7.1.1基于虚功原理的DE材料驱动器建模方法 139

7.1.2基于欧拉-拉格朗日方程的DE材料驱动器建模方法 141

7.2 DE材料的非线性动态特性 144

7.2.1 DE材料驱动器的固有频率分析 144

7.2.2 DE材料驱动器的非线性动态响应特性分析 146

7.3温度对DE材料驱动器动态特性的影响 154

7.4频率对DE材料驱动器动态特性的影响 157

7.5本章小结 160

参考文献 160

第8章DE材料电荷驱动及电荷泄漏的影响 162

8.1电荷驱动下的DE材料驱动器 162

8.1.1电荷驱动下DE材料的力电耦合模型 162

8.1.2电荷驱动和电压驱动下DE材料的力电耦合行为比较 165

8.2 DE材料的电荷泄漏特性 167

8.3电荷泄漏对电荷驱动下DE材料性能的影响及补偿方法 170

8.3.1电荷泄漏对DE材料性能的影响 170

8.3.2面向稳定变形的电荷泄漏补偿方法 173

8.4电荷泄漏对DE材料动态性能的影响 175

8.5本章小结 180

参考文献 180

第9章 不同变形条件下DE材料的力电耦合特性 181

9.1不同变形模式下DE材料的静态变形行为 181

9.1.1 DE材料驱动器的不同变形模式 181

9.1.2不同变形模式下的力电耦合分析模型 183

9.1.3不同变形模式下力电耦合行为分析 186

9.2不同力学边界下DE材料驱动器的动态特性 188

9.2.1弹簧边界 189

9.2.2阻挡力边界 192

9.2.3双DE材料薄膜构成的边界 193

9.3 DE材料的离面起皱现象 199

9.3.1不规则的起皱现象 200

9.3.2规则的褶皱现象 206

9.4本章小结 210

参考文献 211

第10章DE材料驱动器力电耦合大变形有限元数值模拟及应用 213

10.1引言 213

10.2 DE材料力电耦合大变形分析理论 214

10.3有限元离散及迭代求解 216

10.4 DE材料本构关系 218

10.5 DE材料力电耦合大变形数值模拟算例 219

10.6本章小结 226

参考文献 226

第11章 离子导体驱动DE的基本理论及其应用 228

11.1引言 228

11.2离子导体驱动DE的基本理论 230

11.2.1离子导体驱动DE的工作原理 230

11.2.2离子导体驱动DE热力学理论 232

11.3离子导体性能及其对DEA的影响 235

11.3.1离子导体的稳定性 235

11.3.2离子导体对DEA力电耦合变形的影响 238

11.4离子导体的应用 239

11.4.1离子导体驱动的DE传感器和离子导线 239

11.4.2离子导体驱动的柔性DE电致发光器件 241

11.5本章小结 242

参考文献 243

第12章 基于DE材料的驱动器结构设计 245

12.1单层DE材料驱动器结构设计 245

12.1.1单层DE材料面内变形驱动器 245

12.1.2单层DE材料面外变形驱动器 251

12.2多层堆栈式DE材料驱动器结构设计 253

12.2.1多层DE材料堆栈式结构制备方法 254

12.2.2多层DE材料堆栈式结构的应用 257

12.3圆柱形DE材料驱动器结构设计 260

12.3.1圆柱形DE材料直线驱动器 260

12.3.2圆柱形DE材料弯曲驱动器 263

12.4本章小结 268

参考文献 269

第13章 基于DE材料的能量收集理论与实践 271

13.1基于DE材料的能量收集工作原理 272

13.2基于DE材料的能量收集系统在不同变形模式下的能量计算 277

13.3基于DE材料的能量收集国内外研究进展 281

13.3.1基于DE材料能量收集行为的理论研究进展 282

13.3.2基于DE材料能量收集的结构设计研究 284

13.3.3面向DE材料能量收集的电路研究 292

13.4基于DE材料的能量收集实验 295

13.5本章小结 300

参考文献 301

第14章 基于DE材料的传感器结构设计 305

14.1 DE材料的传感原理 305

14.2平面形DE材料传感器 306

14.2.1压力传感器 306

14.2.2拉伸传感器 309

14.2.3多功能传感器 311

14.3筒形DE材料传感器 314

14.4具有表面微结构的DE材料传感器 316

14.5 DE材料传感器的电容测量技术 319

参考文献 322