介电弹性体圆柱形驱动器机电耦合致动过程分析

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1、第44卷第6期2012年12月南京航JournalofNanjing空航天大学UniversityofAeronautics学报＆AstronauticsV01．44No．6Dec．2012介电弹性体圆柱形驱动器机电耦合致动过程分析罗华安1’2王化明1游有鹏(1．南京航空航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室，南京，210016；2．南京信息职业技术学院机电学院，南京，210046)摘要：驱动器薄膜施加高压直流电后产生的轴向力差能使圆柱形驱动器伸长。为研究介电弹性体圆柱形驱动器的动态反应，本文对其机电耦合致动原理及过程进行了分析。圆柱形驱动器的机电耦合致动过程类似于蠕变过程，提出一

2、种广义Voigt线性粘弹性模型来对其进行描述，并对计算结果与试验之间产生误差的主要原因进行分析。根据驱动器机电耦合致动过程中驱动器的准静态位移的非线性及轴向应力的变化对原模型进行改进。试验表明，在驱动嚣工作电压范围内，改进的广义Voigt模型能较好地描述驱动器机电耦合致动过程，此模型可用于介电弹性体圆柱形驱动器的性能预测和优化。关键词：介电弹性体；圆柱形驱动嚣；机电耦舍；致动过程；Voigt模型中图分类号：TP24文献标识码：A文章编号：1005—2615(2012)06—0869—07AnalysisofElectromechanicalCouplingActivationProce

3、ssofDielectricElastomerCylindricalActuatorLuoHuaanl～，WangHuamin91，YouYoupen91(1．JiangsuKeyLaboratoryofPrecisionandMicro—ManufacturingTechnology，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China；2．InstituteofMechanicalandElectricalEngineering，NanjingCollegeofInformationTechnology，N

4、anjing，210046，China)Abstract：Theaxialforcedifferencearousedfromapplyinghigh13(3voltageontheactuatorfilmmakesthecylindricalactuatorelongate．Inordertostudythedynamicresponseofdielectricelastomercylindri—calactuator，theprincipleandtheprocessofelectromechanicalcouplingactivationareanalyzed．Theelectr

5、omechanicalcouplingactivationprocessofcylindricalactuatorissimilartocreep．AgenerallinearviscoelasticVoigtmodelisputforwardtodescribetheprocessandtheprincipalreasonsfortheerrorbe—tweencalculatedresultandexperimentalonearediscussed．Themodelismodifiedaccordingtothenon—linearquasi—staticdisplacement

6、andtheaxialstresschangeofactuatorduringitsactuationprocess．Ex—perimentresultsshowthatthemodifiedgeneralVoigtmodelissuitabletocharacterizetheelec—tromechanicalcouplingprocessofcylindricalactuatorwithintheworkingvoltagerange．Therefore，thepresentedmodelcanbeusedforpredictionandoptimizationoftheperf

7、ormanceofdielectricelastomercylindricaIactuators．Keywords：dielectricelastomer；cylindricalactuator；electromechanicalcoupling；activationprocess；Voigtmodel基金项目：国家自然科学基金(50975139)资助项目；江苏省自然科学基金(BK2011735)资助项目；江苏省高校优势学科建设工程资助项目；南