離子聚合物-金屬復合材料（ionic polymer-metal composite, IPMC）界面的粗糙特性對材料的電致動性能有重要作用,文章針對IPMC界面表征模型難以體現(xiàn)實際界面復雜特性的研究現(xiàn)狀,提出利用W-M函數(shù)來模擬界面輪廓。從制備的樣片界面輪廓出發(fā)建立傳質方程,將實際界面、平電極、Koch曲線和W-M函數(shù)模型的擬合結果進行對比,發(fā)現(xiàn)僅W-M函數(shù)模型與實際界面模型擬合結果相近,且誤差均小于5%。此外,文章給出了W-M函數(shù)核心參數(shù)的獲取方法和經(jīng)驗公式,并用來表征復雜界面輪廓。 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學學報(自然科學版). 2020,43(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖3 分形維數(shù)求解方法圖

在工程應用中,常取γ=1.5, n1=100,n=1∶100[11]。分形維數(shù)D和特征尺度G是決定W-M函數(shù)輪廓的核心參數(shù)。而分形維數(shù)通過分規(guī)法可以求出,特征尺度G成為應用W-M擬合界面的關鍵參數(shù)。本文基于W-M函數(shù)提出結合有限元思想來擬合界面的方法,其流程如圖4所示,由此可獲得最佳特征尺度G*。文獻[14-15]發(fā)現(xiàn)IPMC的單位體積內膜的應變與膜內的含水量(質量分數(shù))成正比。IPMC在電場下偏轉是由于內部陽離子攜帶水分子由陽極向陰極移動造成的,陽極受拉力,陰極受壓力,因此,IPMC類似于均布載荷下的懸臂梁。根據(jù)歐拉梁理論,材料最終變形的曲率與材料上下表面的應變差成正相關。因此,IPMC變形曲率與上下表面的水濃度差值成正相關。在計算過程中,本文將陰陽極間水濃度線積分的差值定義為特征濃度C*來反映材料的變形能力。其計算公式為:

為了探究以W-M函數(shù)建立的幾何模型的可行性,本文對4個樣片計算了特征濃度隨時間變化情況,并將平電極模型和3次迭代的Koch曲線模型作為對照組。4個樣片實際界面模型網(wǎng)格劃分如圖5所示,W-M函數(shù)模型網(wǎng)格劃分如圖6所示,平電極和Koch曲線模型網(wǎng)格劃分如圖7所示,除了平電極模型采用映射網(wǎng)格外,其余均采用自由三角形網(wǎng)格。圖6 樣片W-M函數(shù)模型網(wǎng)格劃分圖

【參考文獻】：
期刊論文
[1]W-M函數(shù)模型下表面輪廓形貌的變化規(guī)律[J]. 鄧可月,劉政,鄧居軍,趙運才.  機械設計與制造. 2017(01)
[2]新型智能材料:電活性聚合物的研究狀況[J]. 黨智敏,王嵐,王海燕.  功能材料. 2005(07)



本文編號：3572973