【摘要】：離子聚合物金屬?gòu)?fù)合材料(Ionic Polymer Metal Composite,IPMC)是電活性聚合物的一種,在機(jī)器人、航空航天等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。真實(shí)的應(yīng)變響應(yīng)能夠揭示形變與激勵(lì)的關(guān)系,是材料理論建模與工程應(yīng)用的基礎(chǔ)。然而,傳統(tǒng)的應(yīng)變測(cè)試技術(shù)不適用于IPMC材料。本文將數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)(Digital Image Correlation,DIC)用于IPMC的細(xì)觀變形測(cè)試,并結(jié)合其力電特征及變形特性,進(jìn)行了力電耦合建模研究。本文對(duì)實(shí)驗(yàn)室自制的Pt-IPMC進(jìn)行了結(jié)構(gòu)特征、力電參數(shù)和驅(qū)動(dòng)性能三項(xiàng)表征,得到了IPMC的含水率變化、拉伸力學(xué)性能、表面電阻和極間電參量,另外對(duì)IPMC的尺寸效應(yīng)進(jìn)行了測(cè)試。本文利用DIC測(cè)試原理結(jié)合數(shù)字圖像顯微測(cè)試系統(tǒng),搭建了位移和應(yīng)變響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)。分別控制激勵(lì)電壓、激勵(lì)頻率、變形橫縱截面位置、驅(qū)動(dòng)時(shí)間等多個(gè)變量,對(duì)比分析了位移與應(yīng)變響應(yīng)在不同變量組合下的分布規(guī)律,進(jìn)而分析了主應(yīng)變、縱向正應(yīng)變和橫向正應(yīng)變的分布規(guī)律。結(jié)果顯示,IPMC彎曲變形中存在應(yīng)變梯度,且應(yīng)變梯度的分布與外加激勵(lì)電壓具有線性關(guān)系。除此以外,本文還對(duì)DIC方法中可能存在的實(shí)驗(yàn)誤差進(jìn)行了詳細(xì)分析,選擇了適合的實(shí)驗(yàn)方法和參數(shù)。將DIC測(cè)試結(jié)果作為力電耦合關(guān)系引入分布式電學(xué)模型中,提出了IPMC的力電耦合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ�。IPMC作為層狀復(fù)合材料,橫截面上的應(yīng)力不連續(xù)分布,但變形與應(yīng)變連續(xù)分布。該力電耦合模型根據(jù)應(yīng)變關(guān)系建立,不涉及不連續(xù)的應(yīng)力關(guān)系,能夠較好地模擬IPMC的非線性大變形行為。驅(qū)動(dòng)位移實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的對(duì)比顯示,模型誤差值不超過(guò)10%。
【圖文】：

圖 1. 5 IPMC 等效電路模型[44]圖 1. 6 IPMC 的分布式 RC 等效電路模型[53]力電耦合模型，，研究者們也做了大量工作，以更好的描述adokoro 等[55]針對(duì)材料內(nèi)水合陽(yáng)離子的微觀遷移運(yùn)動(dòng)，通過(guò)kov 等[56]針對(duì) IPMC 在較高電壓下發(fā)生的電解現(xiàn)象，根據(jù)過(guò)，根據(jù)熱力學(xué)關(guān)系建立了離子遷移的流量模型。Gennes 等遷移和溶劑遷移之間的靜態(tài)線性熱力學(xué)關(guān)系。Bonomo 等

圖 1. 6 IPMC 的分布式 RC 等效電路模型[53]雜的力電耦合模型，研究者們也做了大量工作，以更好的描述 IP。Tadokoro 等[55]針對(duì)材料內(nèi)水合陽(yáng)離子的微觀遷移運(yùn)動(dòng)，通過(guò)分Enikov 等[56]針對(duì) IPMC 在較高電壓下發(fā)生的電解現(xiàn)象，根據(jù)過(guò)電模型，根據(jù)熱力學(xué)關(guān)系建立了離子遷移的流量模型。Gennes 等[13]離子遷移和溶劑遷移之間的靜態(tài)線性熱力學(xué)關(guān)系。Bonomo 等[57]分別為離子電流、位移電流和電子電流，對(duì) IPMC 材料的力電特學(xué)中的數(shù)字圖像相關(guān)方法學(xué)中，要測(cè)量材料和結(jié)構(gòu)在不同載荷下產(chǎn)生的表面變形，最為普技術(shù)，但是其逐點(diǎn)測(cè)量的特性逐漸無(wú)法滿足全場(chǎng)測(cè)量的需要，于提出。這種方法可以分為兩類，一是干涉測(cè)量技術(shù)，例如全息干法，二是非干涉測(cè)量技術(shù)，例如網(wǎng)格法和數(shù)字圖像相關(guān)法（Digital I測(cè)量技術(shù)需要相干光源且測(cè)量往往在隔振光學(xué)平臺(tái)上進(jìn)行，通
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2626157